Sectia Stiinta si Ingineria Materialelor Oxidice si Nanomateriale [304983]

Universitatea Politehnica din Bucuresti

Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor

Sectia Stiinta si Ingineria Materialelor Oxidice si Nanomateriale

NOI MASE BIOLIANTE CU CONȚINUT DE BIOCELULOZĂ

Profesori coordonatori:

Prof. Dr. Ing. Georgeta VOICU

Ș. L. Dr. Ing. Cristina BUSUIOC

Prof. Dr. Ing. Sorin JINGA

Absolvent: [anonimizat]

2016

INTRODUCERE 5

1.1.Definitia biomaterialelor 5

1.2. Istoria biomaterialelor 5

1.3. Clasificarea biomaterialelor 6

1.4. Compozitele bio 10

CIMENTURI DENTARE 11

2.1. Generalitati 11

2.2. Clasificarea cimenturilor dentare 11

2.3. Cimenturile dentare silicatice 13

2.3.1. Generalitati 13

2.3.2. Caracteristici ale cimenturilor dentare silicatice 13

2.3.3. Obtinerea cimenturilor dentare silicatice 13

2.3.4. [anonimizat] 15

2.4.Biolianti silicatici de tip MTA 15

2.4.1.Cimentul endodontic 16

2.5.[anonimizat] 18

1. CHIMICE 18

2. BIOLOGICE 18

3. BIOCOMPATIBILITATE 18

BIOCELULOZA 19

3.1. Generalitati 19

3.2. Exemple de bacterii care sitetizeaza celuloza 19

3.3. Celuloza bacteriana 20

3.4. Structura biocelulozei 20

3.5. Proprietatile biocelulozei 22

3.6. Obtinerea biocelulozei 24

3.7.Aplicații medicale ale biocelulozei 27

TEHNICI EXPERIMENTALE 29

[anonimizat] 32

Determinarea densității prin metoda picnometrică cu heliu 33

OBIECTIVUL LUCRĂRII 34

REZULTATE ȘI DISCUȚII 38

6.1. Difracția de raze X 38

6.2. Analiza termică 40

6.3. Microscopie electronică cu baleiaj 42

6.4. Determinarea proprietăților 47

6.4.1 Proprietăți liante 47

6.4.2.Caracterizarea biologică 49

CONCLUZII 59

PROIECTAREA SI PREDIMENSIONAREA TEHNOLOGIEI PENTRU OBTINEREA MATERIALELOR COMPOZITE DE TIP CIMENT SILICATIC SI BIOCELULOZA 60

7.1. Fluxul tehnologic al insalatiei 60

7.2. Etapele procesului de gelifiere realizate in laborator au fost urmatoarele: 62

7.3. Timpul de funcționare al instalației 63

7.4. Calculul necesarului de materii prime 64

7.5. Bilantul de materiale 65

7.6. Predimensionare instalație 66

Autoclava 66

Uscător bioceluloză 67

Moara planetară cu bile 68

Recipientele si rezervoarele pentru materiile prime 68

Recipiente de dizolvare/ omogenizare 69

Vasul pentru gelifiere 70

Recipientele pentru uscare a gelului 71

Presa pentru brichetare 73

Cuptor tunel 73

Predimensionarea cuptorului tunel 74

7.7. Calculul pierderilor de caldură 76

Moara planetară cu bile 80

Cântar industrial 80

Omogenizator pulbere finală 81

7.8. Costurile economice ale materiilor prime 82

Bibliografie 83

Cap. I

INTRODUCERE

1.1.Definitia biomaterialelor

Nu există o [anonimizat] a [anonimizat]. Una dintre definițiile biomaterialelor este data încă din anul 1974 [anonimizat] a Sănătății (OMS): „un biomaterial este o [anonimizat]-un țesut viu”[1].

O altă definiție a biomaterialului (pornește de la definirea prefixului „bio” și substantivul „material”) și reprezintă un material sintetic sau natural (excepție cel produs de organismul uman), utilizat pentru a [anonimizat] [2].În 1983, Institutul Național de Sănătate (Național Institute of Health – NIH), a definit biomaterialele astfel: „Orice substanță (alta decât medicamentele) sau o combinație de substanțe, de origine sintetică sau naturală, poate fi utilizată pe orice perioadă de timp, ca întreg sau ca o parte a unui sitem care tratează, îmbunătățește sau înlocuiește orice țesut, organ sau funcție a corpului”[1].

1.2. Istoria biomaterialelor

Nefiind scrisă o istorie completă a biomaterialelor, se poate urmări dezvoltarea pe mai multe milenii a lor prin intermediul progreselor realizate în artă și știință.

Realizările în domeniul biomaterialelor, au la baza trei domenii științifice: chimia, biologia și fizica și aplicațiile tehnice sau punerea în practică a acetora culminând cu realizările clinice.

Realizările în domeniul biomaterialelor în perioada de la începutul erei noastre și până în jurul anului 1500, sunt total dezamăgitoare. Totuși în anul 659 e.n. s-a turnat primul aliaj dentar utilizat de om în medicina chineză: amalgamul cu compoziția 100 părți Hg, 45 părți Ag și 900 părți Sn[1].

Cât despre polimeri, s-a descoperit că piloții de avioane de război, din timpul celui de-al II-lea Război Mondial, care erau răniți cu fragmente din acoperișul din plastic al aparatului de zbor (PMMA – polimetil metacrilat), nu sufereau de reacții adverse cronice din cauza prezenței acelor fragmente în corp. De atunci PMMA a început să fie foarte des folosit în operațiile de înlocuire a corneei sau chiar în înlocuirea unor porțiuni de os cranian afectate.

Ulerior, noi descoperiri s-au făcut în ceea ce privește folosirea biomaterialelor, cum ar fi de exemplu înlocuirea vaselor de sânge, tehnica descoperită în 1950; înlocuirea valvulei cardiace și a articulațiilor în 1960.

În 1970 – 1980, s-a dezvoltat domeniul biologiei celulare și moleculare, fapt ce a dus la o mai bună înțelegere a interacțiunilor dintre biomaterial și organismul uman, dar și la posibilitatea dezvoltării de organe în vitro[1].

1.3. Clasificarea biomaterialelor

Calitatea unui material utilizat la construcția unui implant trebuie să respecte următoarele două criterii: criteriul biochimic și criteriul biomecanic. Conform criteriului biochimic, aplicabilitatea unui material este determinată de biocompatibilitatea sa, iar din punct de vedere biomecanic de rezistența la oboseală, cel mai important parametru, dar nu singurul[1].

Clasificarea biomaterialelor este realizată pe criterii structurale, în patru mari clase:

Ceramici

Acestea sunt compuși cristalini, de obicei anorganici:

Bioinerte – pe bază de oxizi metalici (ZrO2, Al2O3);

– pe bază de nitruri și carburi (Ti, Si);

Bioactive – pe bază de fosfat de calciu (TCP – fosfat tricalcic, hidroxiapatita – HA);

– pe bază de săruri de calciu (sulfați, carbonați, aluminați) [1].

Metale

Majoritatea materialelor metalice, Fe, Cr, Co, Ni, Ți, Ta, Mo și W, utilizate pentru cele mai multe implanturi, sunt tolerate de țesuturile vii în cantități foarte mici, cu toate că unele elemente sunt esențiale pentru funcțiile celulare. Există o categorie specială de aliaje, având "memoria formei", acestea după deformarea plastică, prin încălzire, revin la forma inițială.

La rândul lor metalele se clasifica astfel:

Metale pure – prețioase (Ag, Pt, Au);

– nepretioase (Ti, Ta, Nb, W);

Compuși intermetalici: – compuși sau aliaje cu memoria formei;

– amalgame dentare;

Aliaje metalice: – tip cobalt – crom (cu sau fără Ni, W, Mo);

– de titan (TiAl5Fe2,5)[1].

Compozite

Acestea se formează din două sau mai multe faze distincte cu proprietăți diferite de materialul omogen.

De tip:

organo – minerale;

organo – organice;

mineralo – mineralo [1].

Polimeri

Acestea sunt realizate prin legarea unor molecule mai mici, prin legături covalente primare într-un lanț principal.

Materiale plastice – termoplastice (PMMA, PVA, PHEMA, PTFE, polietilena, etc.)

– bioresorbabile: acid polilactic (PLA), acid poliglicolic(PGA)

– termodurificabile (rășini epoxi, etc.)[1].

Proprietățile biologice ale biomaterialelor se bazează, în principiu, pe biocompatibilitate, care include următoarele: reactivitatea sistemului imunitar, tendința de coagulare, inflamațiile, toxicitatea, integrarea cu țesuturi și celule și abilitatea de a fi sterilizate[3].

În imaginile prezentate mai jos, avem câteva exemple de dispozitive pe bază de biomateriale, utilizate în domeniul medical, prezentând un randament crescut.

Figura1.1. – Dispozitive medicale realizate din diverse biomateriale:

a). stimulatoare cardiace; b). implant total de șold

Ceramici

Biomaterialele ceramice nu au aceeași utilizare ca metalele, polimerii sau metalele compozite, acestea fiind folosite în stomatologie sau în înlocuiri comune de os datorită proprietăților speciale, cum ar fi duritatea mare, inerția chimică, rezistența mare la compresiune și biocompatibilitatea ridicată[4].

Ceramicile utilizate ca biomateriale pot fi clasificate în funcție de compoziția ionică. Ceramicile se pot clasifica, în funcție de reactivitatea chimică astfel: ceramici bioactive, ceramici bioinerte și bioresorbabile. Ceramicile bioactive sunt caracterizate de o suprafață specifică ce intră în contact cu mediul gazdă, pentru a obține un răspuns dorit al țesutului. Ceramicile bioinerte sunt poroase sau neporoase(Fig 1.2). Ceramicile bioresorbabile se descompun în perioada potrivită pentru mediul în vivo (mediu controlat de către procesele fizico-chimice)[4].

Figura1.2. – Secțiunea transversală (poroasă) a unui os uman [3].

Metale

În ziua de astăzi, încă se folosesc materialele metalice descoperite acum sute de ani în industria stomatologică (amalgame de Ag și Au). Principala proprietate a acestora este rezistenta, metalele fiind utilizate ca dispozitive de fixare a unor fracturi sau ca biomateriale în ortopedie. Conductibilitatea reprezintă și ea o proprietate principală a acestora de aceea au ca scop stimularea electrică a creierului, nervilor, mușchilor, măduvei spinării sau a inimii.Pentru aplicațiile ortopedice, implanturile de șold (Fig 1.3) și implanturile pentru genunchi (Fig 1.4), cel mai adesea se folosesc aliajele ce sunt formate din inox, cobalt, oțel sau titan[3].

Figura1.3. – Implant de sold

Figura1.4. – Implant de genunchi

Polimeri

Polimerii sunt utilizați în diverse dispozitive medicale, datorită versatilității lor în ceea ce privește numărul de structuri, funcții și proprietăți. Polimerii pot fi fabricați în diferite forme, care variază de la geluri moi la fibre flexibile și forme poroase sau neporoase, în comparație cu materialele menționate anterior[4].

Polimerii pot fi:

Polimeri artificiali sau sintetici;

Polimeri derivați biologic – polimeri naturali.

Etapele de obținere a polimerilor naturali sunt următoarele:

Alegerea sursei de proveniență a polimerilor naturali.

Recoltarea polimerilor din țesuturile respective sau din produsul fermentat (plante).

Purificarea sau îndepărtarea masei contaminate (nedorite).

Polimerii sunt supuși unor procese chimice sau fizice (ex: uscare/ liofizare).

În stadiul final, în urma parcurgerii acestor etape, materialul obținut trebuie să primească o formă finală, prelucrată de un dispozitiv special[5].

1.4. Compozitele bio

Acestea provin din resurse regenerabile de energie câștigând o importanță universală, datorită naturii lor biodegradabile. Bio-compozitele sunt cele mai adecvate materiale găsite în natură pentru utilizarea lor în diferite domenii, datorită avantajelor lor eco. Bio-compozitele sunt fabricate folosind bio-polimeri că lianți și fibre naturale că materiale de armare[6].

Bio-fibrele naturale provin din bio-compozite (BBC) fiind regenerabile, ușoare, biodegradabile, ecologice și bio-compatibile în comparație cu alți lianți. În prezent, domeniul științei și tehnologiei de polimeri, se axează în principal pe materialele compozite realizate din resurse regenerabile. BBC reprezintă o provocare în rândul cercetătorilor din întreaga lume, datorită compozitelor biodegradabile la scară largă[6].

Sursele principale de fibre naturale sunt cânepă, inul, nucă de cocos, bananele, bambusul și ananasul. Cu toate acestea, alte fibre se pot regăsi și în paiele de grâu, soia, trestie de zahăr și alte reziduuri agricole, ce se pot dovedi a fi competente pentru utilizarea lor că bio-fibre[6].

BBC are aplicații imense în domeniul biomedical, agricultură, ambalare și alte domenii de inginerie. Acest domeniu atrage atenția multor cercetători, datorită importanței compozitelor biodegradabile și pentru viitoarele necesități în ceea ce le privește[6].

Bio-compozitele sunt fabricate folosind bio-lianți și bio-fibre, acestea fiind complet biodegradabile. Bio-compozitele au multe avantaje, sunt relativ rentabile, prezintă o bună stabilitate termică și dimensională, au un coeficient de frecare redus și densitate scăzută. Bio-compozitele sunt utilizate în principal în ingineria țesuturilor, industria de automobile și ingineria aeronautică[6].

S-a demonstrat că bio-lianții armați cu bio-fibre prezintă o îmbunătățire considerabilă a proprietăților de elasticitate a bio-compozitelor. Aparent, activitatea desfășurată până în prezent pe materiale compozite biodegradabile, ne arată că rezistența la întindere a materialelor compozite biodegradabile variază între 20-74 MPa și rezistența maximă la tracțiune 73 MPa care a fost înregistrată atunci când materialele compozite au fost fabricate din PLA armate cu cânepă, iar rezistența minimă la tracțiune a fost atinsă atunci când bio-liantul de policaprolactona a fost întărit cu fibre de in [6].

În urma rezultatelor mai multor cercetători, s-a ajuns la concluzia că există o variație considerabilă a rezistenței la încovoiere a BBC și aceasta depinde de proprietățile bio-liantilor, bio-fibrelor și tehnicilor de fabricație. Este de remarcat faptul că cea mai mare concentrație este raportată la PLA armate cu fibre de cânepă și cel mai mic modul de elasticitate este raportat la bio-liantul de policaprolactona armat cu fibre de in[6].

Cap. II

CIMENTURI DENTARE

2.1. Generalitati

Cimenturile dentare sunt, sisteme liante a căror întărire se bazează pe reacții de tip acid-bază[2].Cercetări recente aduc informații privind comportarea ca biomateriale și a unor lianți care se întăresc prin reacții de hidratare-hidroliza. Ca și alte sisteme liante, cimenturile dentare reprezintă amestecuri de două componente: un component solid, pulverulent, care de regulă are caracter bazic, și un component lichid – apă sau soluție apoasă, acidă.

Componentul solid poate fi și o pulbere ce reprezintă un amestec de compus mineral cu acid poliacrilic (policarboxilic), iar componentul lichid este în acest caz, apa – cazul cimenturilor organo-minerale (ex: cimenturile zinco-policarboxilice și glass ionomere)[2].

În general, funcția de bază a cimentării, fie cea tradițională sau sub formă de adeziv, este de a stabili o formă de reabilitare, de a etanșa pe termen cât mai lung spațiul dintre dinte și pilastrul implantului și de a furniza proprietăți optice în ceea ce privește culoarea dintelui artificial.

2.2. Clasificarea cimenturilor dentare

Cimenturile dentare hidraulice

Acest tip de ciment are performante clinice pe termen lung, împreună cu protezele dentare parțiale, funcționând ca și când ar fi o singură unitate metal-ceramica.

Cimenturile dentare glass-ionomere (CIS) au fost introduse în medicină de peste 40 ani, ele fiind descoperite de către Wilson și Kent, în 1969, la Laboratory of the Government Chemist, în Anglia. În 1976, au fost utilizate ca ageti de căptușire a cavității, iar de la sfârșitul anilor 1990, ei au devenit agenți de cimentare folosiți în toată lumea. Scopul a fost de a se produce un material hibrid, care să producă fluor și în același timpsă adere la smaltul și dentina dinților.

CIS este un ciment hidraulic, acesta fiind compatibil cu dentina. Deoarece reacția de formare a CIS este una acido-bazică, este o reacție de inițiere între o pulbere și o soluție lichidă. Timpul de formare este de aproximativ 7 minute și are o grosime de 25 µm, cu o rezistență la compresiune de 86 MPa și o rezistență la rupere de 7 MPa[7].

Cimenturile dentare zinco-fosfatice se utilizează ca strat de baza izolator, cavitățile adânci, pentru a feri pulpa dintelui de posibile traume chimice și termice. De asemenea, poate fi folosit ca liant pentru cimentarea unor punți coronare și la diferite lucrări de restaurare[2].

Acest tip de ciment se formează printr-o reacție de inițiere acido-bazică între o pulbere compusă din 90% ZnO și 10% MgO cu un lichid care este constituit din aproximativ 67% soluție tampon de acid fosforiccu aluminiu și zinc.Cantitatea de apă(33%) are o importanță deosebită în reacție, deoarece controlează viteza reacției și ionizarea acidului.Reacția de formare a cimentului fosforic de zinc are loc de fapt între acidul ortofosforic și oxidul de zinc.Fosfatul de aluminiu întârzie reacția de formare și crește rezistența cimentului[7].

Cimenturile zinco-fosfatice sunt dure, având o rezistență la tracțiune cuprinsă între 80-110 MPa. Aceste cimenturi prezintă urme de eroziune în apa distilată, dar acest lucru a fost acceptat clinic.

În comparație cu alte cimenturi, cimenturile zinco-fosfatice prezintă o dezintegrare mai mare în vivo[7].

Cimenturile dentare pe bază de rășină

Cimenturile glasionomere modificate cu rășini (RMGI)

Aceste tipuri de cimenturi modificate cu rășini, fac parte din categoria cimenturilor care polimerizează, fiind o variantă mai bună, nu doar pentru legăturile cu protezele dentare fixe (FDS), ci pentru toate restaurările stomatologice.

RMGI, în comparație cu celelalte tipuri de cimenturi, sunt biomateriale hibride ce conțin două faze, au caracteristici de manipulare asemănătoare cu cimenturile dentare glasionomere, dar se formează mai repede (amestecarea celor două faze, urmată de întărire) și sunt mai rezistente.

RMGI au unele avantaje față de cimenturile pe bază de rășini. Acestea au un timp de prelucrare mai mare, o estetică mai apropiată de cea a dintelui (culoare, formă etc.), proprietăți de rezistență mai bune, rezistență de legătură îmbunătățită, degradare superficială redusă și rezistență la uzură crescută. Pe lângă aceste avantaje, RMGI prezintă și unele dezavantaje: contracție la formare, adâncime limitată, în special cimenturile cu garnituri opace, își pot modifica dimensiunea ca urmare a absorbției de apă și suprafață poroasă [7].

2.3. Cimenturile dentare silicatice

2.3.1. Generalitati

Cimenturile dentare silicatice fac parte din categoria cimenturilor translucide, fiind utilizate pentru restaurări anterioare deoarece ele au anumite caracteristici satisfăcătoare: sunt făcute pentru a se potrivi cu smalțul dinților și, prin urmare, sunt cât se poate de discrete, au proprietăți termice asemănătoare cu cele ale dinților și posedă caracteristici anticarcinogene specifice[8].

2.3.2. Caracteristici ale cimenturilor dentare silicatice

Cu toate că sunt folosite pe scară largă, cimenturile silicatice au și o serie de dezavantaje, cele mai importante fiind tendința de a colora și de a se eroda în fluidele orale, fapt ce duce la dezintegrarea acestora[8].

Durata medie de viață a cimenturilor dentare silicatice este de 4 ani și jumătate,însă unele pot rezista și 25 de ani, iar altele pot eșua chiar în câteva luni. Un studiu recent a adunat observațiile de la peste 600 de clinici dentare din Marea Britanie și dovedit cele spuse mai sus.Dizolvarea cimenturilor dentare silicatice în apă cu un pH de 5,7 este neglijabilă,ceea ce ar putea fi un lucru bun pentru restaurările clinice[9].

2.3.3. Obtinerea cimenturilor dentare silicatice

Pentru a se demonstra aceste lucruri legate de protecția cimenturilor silicatice,s-a efectuat un studiu în care un disc a fost prins între două sigilii de polietilenă, care trebuie să fie ferite de atmosfera saturată cu vapori de apă.În practică,acest lucru este posibil doar dacă cimentul este acoperit cu un strat de material impermeabil la apă.Sigilarea cimentului cu acest material impermeabil,a fost realizată timp de 24 h[7].

Pe lângă metoda de preparare sau tehnica amestecării, durabilitatea cimenturilor depinde o serie de factori,cum sunt: fluidele biologice orale,saliva,alimentele etc.Un studiu realizat de către Henschel a demonstrat însă că restaurările dentare pe bază de cimenturi silicatice au rezistat mai mult în zonele în care există mai multă salivă(condiții neutre),iar în regiunile în care resturile de mâncare își fac simțită prezența, au apărut un risc mai mare de producere a acidului care afectează cimenturile[10].

Cimenturile dentare silicatice reprezintă o clasă de cimenturi care sunt constituite dintr-o parte lichidă și o pulbere.Cel mai vechi este cimentul pe bază de oxiclorură de zinc(Sorel),recomandat de Feichtinger în 1858 ca un ciment dentar. Cu toate că oxidul de zinc s-a dovedit a fi eficient și versatil astfel încât să formeze o gamă largă de lichide ale cimenturilor,cel mai des utilizat ramâne acidul fosforic care este folosit la prepararea cimenturilor dentare silicatice[11].

Un alt aspect important în ceea ce privește cimenturile dentare silicatice este aciditatea.Date despre aciditate se pot obține din măsurători fizico-chimice.Un parametru dificil de stabilit este pH-ul cimenturilor care sunt într-o formă finală,fară a fi zdrobite.Mai mulți cercetători au stabilit pH-ul unor probe apoase ale cimenturilor silicatice, acestea fiind zdrobite.Factorul de diluție conduce la erori în ceea ce privește aciditatea cimentului.Norman, Swartz și Phillips au încercat să depășească această dificultate prin efectuarea de măsurători directe ale pH-ului cimentului cu un electrod de antimoniu[12].

Scăderea acidității cimenturilor dentare silicatice este considerată un factor important,de control în reacția de formare a cimenturilor. Tipul de lichid, raportullichid:pulbere,temperatura și condițiile de depozitare pot afecta semnificativ aciditatea cimenturilor dentare silicatice [12].

Suprafața cimenturilor,dar mai ales defectele ce apar la suprafața lor,reprezintă un factor important pentru durata de viață a cimenturilor.Microfisuile de suprafață au fost asociate cu prepararea sau sinteza ulterioară a cimenturilor cimenturilor.Wilson, Batchelor și Lewis au observat că microfisurile sunt, în general, precedate de mătuirea inițială a suprafaței lucioase a cimenturilor[13].Un exemplu de suprafață cu fisuri a unui ciment silicatic este prezentată înFig 2.1.

Figura2.1. – Ciment cu suprafață mătuită care prezintă fisuri

2.3.4. Sisteme de tip ciment-polimer

Cimenturile care conțin polimeri pentru o mai bună utilizare și pentru proprietăți și roluri îmbunătățite sunt în atenția cercetătorilor de peste 30 de ani.Proprietățile cimenturilor ce pot fi ajustate prin adăugarea de polimer sunt următoarele:rezistența la încovoiere sau la tracțiune,tenacitatea și durabilitatea,rezistența la carbonatare,penetrarea clorurii și problemele legate de îngheț.În plus, aceste sisteme (ciment-polimer) pot fi utilizate ca materiale reparatorii, în care să existe o legătură stabilă cu cimentul respectiv. Există mai multe categorii de sisteme de tip ciment-polimer:

Mortar de ciment și beton (PMS) modificat cu polimer – particulele de polimer sub formă de latex sau pulbere redispersabilă se adaugă în amestecul proaspăt de ciment, care apoi este conservat;

Beton cu polimer(PC)-agregatele sunt mixate cu o rășină reactivă, apoi amestecul este conservat;

Beton impregnat cu polimer(PIC)-un monomer reactiv penetrează profund un beton puternic, iar apoi sunt conservate.

Acoperiri cu polimer-această categorie include suprafețe impregnate și suprapuneri în care interfața beton-polimer are o deosebită importanță[14].

2.4.Biolianti silicatici de tip MTA

Clincherele silicatice utilizate la obținerea cimenturilor dentare de tip MTA (mineral trioxide agregat) asemănătoare cu cimenturile portland, se obțin, în mod clasic, prin ardere la vitrificare la temperaturi ridicate, de 1400oC, respectiv 1450oC, a unui amestec de materii prime. Din punct de vedere microstructural, prin acest procedeu rezultă clinchere cu cristale de dimensiuni mari, de ordinul zecilor de micrometri, iar din acest motiv se impune o măcinare cu consumuri mari de energie, pentru a aduce clincherele la o finețe avansată, necesară pentru a le putea utiliza că materiale dentare.

În plus, silicatul tricalcic, unul dintre componenții mineralogici principali ai clincherului, cristalizează în principal în sistem triclinic și într-o foarte mică proporție în sistem monoclinic. Forma monoclinica este mult mai reactiva decât cea triclinica în raport cu apă.

Materialele MTA au fost descrise ca pulberi fine, hidrofile, compuse in principal din silicat tri- si dicalcic, cu adaos de Bi2O3 pentru a le creste radioopacitatea fata de cea a dentinei. Ca urmare, compozitele oxidice sunt: CaO, SiO2, Bi2O3. Mai pot conține in cantitati mici, aluminat tricalcic, feritaluminat tetracalcic si sulfat de calciu[2].

2.4.1.Cimentul endodontic este compus din trioxid mineral (MTA=mineral trioxid agregat) sub formă de particule hidrofile, eliberând ioni de calciu, fiind indicat în obturarea accidentelor radiculare[15].

Avantaje:

eliberează calciu: grăbește formarea de țesuturi mineralizate;

asigură sigilarea biologică a perforațiilor și repararea totală a țesuturilor periradiculare afectate;

singurul material dentar capabil să inducă neoformarea de ciment periradicular;

prietenos cu mediul umed și nu-și pierde proprietățile din cauza umidității din țesuturi;

alcalinitate crescută: bactericid;

puțin solubil: nu se dezintegrează;

biocompatibil cu țesuturile orale;

putere de compresiune adecvată;

mai radioopac decât dentina și osul;

timp de întărire mai mic decât cimenturile similare[15].

Compoziție :

SiO2;K20;Na2O; Fe2O3;SO3; CaO;Bi2O3;MgO;

Reziduri insolubile (siliciu cristalin, oxid de calciu si sulfat de potasiu si sodiu)[15].

Componentul principal al MTA-ului este oxidul de calciu care în contact cu umezeala mediului ambiant se transformă in hidroxid de calciu[15].

Avantaje :

Excelent sigilant marginal, fapt ce conduce la evitarea migratiei bacteriene si penetrării fluidelor tisulare in interiorul canalului;

Sigilant biologic al perforațiilor radiculare;

Poate fi utilizat in mediu umed fară să-si piardă proprietatile[15].

Hidratarea :

În contact cu apă formează un gel coloidal care solidifică, formând o structură rigidă într-o perioadă de 10 minute. MTA-ul are particule de mărime medie care permit o hidratare completă confirmând unul dintre principalele avantaje, care este , puterea de sigilare[15].

Potentialul de hidrogenare (pH)

Ph-ul sau foarte alcalin (12.0), face mediul neospitalier pentru creșterea bacteriilor, menținând potențialul antibacterian pentru o lungă perioadă de timp [15].

Radioopacitate

Opacitatea MTA-ului alb este mai mare decât a dentinei și țesutului osos și similară cu a gutta-percha și de aceea este foarte ușor de vizualizat;

Radioopaciatea produsului este dată de compusul Oxid de Bismut[15].

Timpul de întărire este de 10 minute.

Nu este necesar să așteptați să se întărească pentru a continua celelalte proceduri. Una din caracteristicile importante ale MTA-ului alb este îmbunătățirea rezultatelor într-un mediu umed;

În cazul unor proceduri extinse în timp, se poate produce întărirea cimentului pe placă și acesta poate fi dificil de utilizat. Pentru aceste situații este recomandat să fie protejat cu un tifon umed[15].

Tratament precedent cu hidroxid de calciu

În cazuri în care există o leziune precedentă, cu inflamație locală, aplicarea de Ca(OH)2 înainte de tratament cu MTA, ne permite să avem control asupra proceselor severe și infecților bacteriene;

Ca orice alt sigilant, MTA-ul trebuie utilizat după neutralizarea reacțiilor locale (infecții și alte procese inflamatorii )[15].

2.5.Principalele proprietati ale MTA-ului

CHIMICE

Eliberează ioni de calciu: permite formarea de țesuturi mineralizate;

Puternic alcalin: previne formarea de bacterii[15].

BIOLOGICE

Puțin solubil: poate fi folosit direct pe pulpa si pe țesuturile periapicale;

Forța de compresiune: 44.2 MPa – poate fi folosit ca bază pentru restaurari;

Expansiune dupa hidratare: sigilează complet cavitățile;

Timp de întărire (15 minute)[15].

BIOCOMPATIBILITATE

Biocompabilitate: poate fi folosit direct pe țesuturile vii;

Formare nouă de ciment: numai material dentar cu această opacitate;

Remineralizarea dentinei: permite formarea de barieră biologică;

Sigilarea biologică a perforatiilor: însanatosirea completă a țesuturilor periapicale[15].

Cap. III

BIOCELULOZA

3.1. Generalitati

Celuloza este definită ca fiind o substanță chimică, un biopolimer sau o polizaharidă, fiind cea mai abundentă macromoleculă din natură,sintetizată,în general,din plante[16].Celuloza a fost descoperită de către chimistul francez Anselme Payen,în anul 1838,ea fiind izolată din materie vegetală[17].

Aceasta este produsă sub formă de membrane foarte umflate care conțin mai mult de 90% apă.Celuloza bacteriană prezintă un interes deosebit datorită proprietăților sale fizice și chimice extraordinare,proprietăți superioare celulozei din plante(celuloza vegetală)[18].

3.2. Exemple de bacterii care sitetizeaza celuloza

Celuloza microbiană este produsă de aumite genuri bacteriene aparținând următoarelor: Acetobacter, Rhizobium, Agrobacterium, Enterobacter, Achromabacter, Azotobacter, Salmonella și Escherischia[19].

Bio-celuloza a primit o atenție sporită datorită purității sale, proprietăților superioare biologice și fizico-mecanice, având și o gamă largă de aplicații în comparație cu celuloză vegetală. Proprietățile sale unice sunt: capacitatea mare de reținere a apei (WHC) și rata de eliberare lentă a apei (WRR), cristalinitate ridicată, rezistență mare la elasticitate, rețea de fibre ultrafine, rezultând celuloză microbiană cu un potențial ridicat. Mai mult decât atât, acesta prezintă un bun potențial pentru a forma compozite cu multe elemente bactericide și biocompatibile și prin urmare este considerat a fi extrem de valoros pentru diferite aplicații biomedicale[19].

Fibrele microbiene celulozice sunt de aproximativ de 100 de ori mai mici decât cele de celuloză vegetală. S-a dovedit că fibrele subțiri sunt interconectate prin legături inter și intramoleculoare de hidrogen care stabilizează structura reticulara. În timpul sintezei, fibrele sunt slab aranjate cu o mulțime de spații goale care au drept rezultat o suprafață extinsă și o matrice foarte poroasă. Cu toate acestea, densitatea fibrelor și rezistența pot fi îmbunătățite prin extinderea producției de celuloză microbiană prin suplimentarea cu o sursă de carbon. Variațiile structurale ale celulozei microbiene afectează extrem de mult proprietățile termice și fizico-mecanice[19].

Trăsăturile caracteristice ale celulozei microbiene sunt reprezentate de structură fibrilelor și conformația matricei poroase și depinde în mare măsură de anumiți factori cum ar fi, activitatea organismelor producătoare, compoziția mediului de cultură și variația în timp[19].

3.3. Celuloza bacteriana este un biopolimer care se obține prin fermentație microbiană și are un potențial imens de utilizare în diverse domenii de activitate. În favoarea sa sunt mai multe argumente, în primul rând, poseda o structură tridimensională, reticulata care îi conferă o suprafață mare de transfer și o porozitate mare, de asemenea îi permite înglobarea unor substanțe active sau efectuarea de diverse reacții în mediul apos care este prezent în structura sa tridimensională. Având capacitatea de a îngloba în structura sa cantități foarte mari de apă, în stare naturală, ea fiind de fapt o membrană de tip gel, ce poate fi folosită ca înlocuitor de piele, că pansament pentru vindencarea arsurilor și regenerarea pielii, că structura poroasă în care să fie înglobate diverse celule care pot ajuta la regenerarea țesuturilor [20].

La ora actuală compozitele biocelulozei se obțin prin mai multe procedee, fie prin modificarea mediului de cultură (insitu), fie prin modificare ex-situ folosindu-se de la simplă amestecare a componenților, până la reacții chimice mai complicate care să permită înglobarea altor substanțe în matricea de celuloză. Astfel, dintre polimeri au fost testați biopolimeri de tipul: chitosan, gelatină, colagen, avându-se în vedere aplicațiile medicale ale compozitelor obținute [20].

3.4. Structura biocelulozei

Celuloza poate exista în trei forme,din punctul de vedere al structurii:fire sau fibre nanometrice de celuloză(CNY), nanoceluloză bacteriană(BNC),nanoparticule cristaline de celuloză (CNP) sau amorfe(ANP)[17].

Nanofirele sintetice de celuloză sau nanofibre (CNY) se produc cu ajutorul procesului de electrofilare, iar nanofibrele naturale sunt sintetizate de mai multe specii de bacterii,de exemplu Gluconacetobacter xylinus, Acetobacter xylinum etc.Nanofibrele sau microfibrele de celuloză au fost produse pentru prima dată de către Herrick,Turbak și Colab, în anul 1983, prin măcinarea biocelulozei la o presiune înaltă, cu ajutorul unei mori.În figura 3.1,sunt date două exemple de nanofibre,și anume nanofibre prelucrate din lemn și nanofibre obținute din bumbac[17].

Nanoparticulele cristaline de celuloză au luat viață în anul 1952,când un cercetător pe nume Ranby a demonstrat faptul că suspensiile coloidale de celuloză pot fi obținute prin degradarea controlată cu acid sulfuric a fibrelor de celuloză. În prezent,CNP-urile se obțin prin hidroliza celulozei cu ajutorul a 55-65% acid sulfuric sau 25-30% acid clorhidric, la o temperatură de 40-60°C,iar al doilea pas este dezintegrarea mecanică sau dezintegrarea cu ajutorul ultrasunetelor a celulozei hidrolizate într-un mediu apos.Nanoparticulele cristaline de celuloză au diferite origini:bumbac, lemn, cânepă etc. Aceste nanoparticule, au de obicei, formă de tijă, cu diametru de 4-50 nm și lungime de 50-500 nm[17].

Nanoparticulele amorfe (ANP) se obțin prin hidroliza acidă a celulozei regenerate și dezintegrarea prin ultrasunete.ANP-urile au formă eliptică și dobândesc datorită structurii lor amorfe anumite proprietăți, cumar fi : un număr mai mare de grupări funcționale,aplicabilitate largă și o capacitate de absorbție îmbunătățită[17].

Figura3.1. – a) nanofibre de bumbac răsucite; b)nanofibre plate de celuloză din lemn

Structura biocelulozei constă doar din monomeri de glucoză,fapt ce îi atribuie proprietățiimportante.Lanțul glucan este de tipul β1→4 și are formula moleculară (C6H10O5)n.Lanțurile de glucan se mențin laolaltă prin legăturile de hidrogen intra- și inter-moleculare(Figura 3.2).Microfibrilele de bioceluloză au fost caraterizate pentru prima dată în Muhlethalerin, în anul 1949, și s-a observat că acestea sunt de 100 de ori mai mici decât fibrilele biocelulozei vegetale[18].

Figura 3.2. – Reprezentare a legăturile de hidrogen intra- și inter-moleculare în cazul biocelulozei

3.5. Proprietatile biocelulozei

Proprietățile fizice și mecanice unice ale biocelulozei rezultă din structura nanofibrilară tridimensională a acesteia, rezistența la tracțiune, puritatea ridicată și, nu în ultimul rând, biocompatibilitatea,ce reprezintă o proprietate esențială a unui material care vine în contact cu organismul uman. Datorită acestor proprietăți, celuloza bacteriană a trezit interes în domeniul medicinei, pentru vindecarea rănilor, scaffolduri, vase artificiale de sânge și sisteme de eliberare a medicamentelor[21].

Pe lângă aceste proprietați extraordinare ale biocelulozei, există și un dezavantaj, și anume biodegradabilitatea. Celuloza are un grad ridicat de cristalinitate și o structură compactă. Enzimele care sunt capabile să hidrolizeze celuloza se găsesc în plante și bacterii, însă nu sunt prezente și la om; de aceea, în urma unor teste in vitro s-a raportat o scădere a biodegradabilității biocelulozei în apă, soluție tampon fosfatică și fluid biologic simulat prin oxidare [21].

Bioceluloza diferă de celuloza vegetală prin umătoarele proprietăți:puritate mai mare, gradul de cristalinitate, gradul de polimerizare și rezistența la tracțiune [22]. Celuloza bacteriana prezintă o structură foarte poroasă ceea ce o face să fie permeabilă la fluide, iar porii permit adeziunea și proliferarea celulară, precum și capacitatea de absorbție ridicată la apă.Printre numeroasele proprietăți mecanice,rezistența la tracțiune a unei singure fibre de bioceluloză este aproape echivalentă cu rezistența la tracțiune a oțelului,ceea ce face din bioceluloză un candidat ideal pentru aplcațiile medicale care necesită rezistență mecanică[23].

Pansamentele pe bază de bioceluloză prezintă proprietăți superioare în comparație cu cele tipice, în ceea ce privește ușurința de inspecție a rănii(datorită transparenței),reducerea infecțiilor și accelerarea de vindecare a rănilor,ușurința de îndepărtare a pansamentelor fără a deteriora țesutul nou format, diminuarea durerii.Bioceluloza poate servi drept matrice pentru creșterea și proliferarea celulară.S-a dovedit că plăgile tratate cu pansamente pe bază de biocelulozăprezintă o umiditate favorabilă pe termen lung și se produc mai rapid epitelizarea și regenerarea în comparație cu rănile care au fost tratate cu pansamenete convenționale [23].

Modulul de tractiune

Figura 3.3. prezintă curbele caracteristice de tensiune-deformare a compozitelor pe bază de bioceluloză sub tracțiune uniaxială. modulul lui Young crește prin utilizarea de aditivi.Acest lucru ar putea fi o consecință a interacțiunii dintre bioceluloză și aditivii respectivi. Polizaharidele pot interacționa în mod unic, ceea ce determină modificări structurale.Interacțiunile pot fi de tipul legăturilor de hidrogen,legăturilor electrostatice sau pur fizice.Aceste interacțiuni pot consolida structura biocelulozei prin creșterea conectivității între fibrile sau formând o rețea de fibrile de tip bioceluloză-aditivi.Ca urmare, modulul lui Young crește.

Figura 3.3.- Curbele tensiune-deformare la tracțiune ale materialelor compozite pe bază de bioceluloză și pectină (P), gelatină (G) și carboximetil celuloză (CMC) [23].

Modulul de compresiune

Modulul de compresiune se referă la un răspuns revocabil al materialului atunci când acestuia îi este aplicat un stres exterior,adică structura materialului respectiv se modifică pe măsură ce stresul aplicat crește, respectiv tensiunea. În figura 3.4,sunt prezentate curbele de tensiune-deformare ale biocelulozei,respectiv compozite pe bază de bioceluloza-pectină(1%),bioceluloză-gelatină(1%),bioceluloză-pectină(1%) și bioceluloză-carboximetil celuloză(1%).Curbele arată o regiune inițială lineară.Panta acestor curbe lineare este reprezentată de către modulul lui Young,determinat în urma aplicării unei forțe de compreiune asupra compozitelor.Pe măsură ce forța aplicată crește,structura biocelulozei începe să cedeze.Curba care se continuă zonei liniare,este asociată cu materialul afectat(zdrobit).Bioceluloza simplă are modulul de compreiune cu valoarea cea mai mică,ceea ce înseamnă că aditivii prezentați mai sus mau un rol important pentru rezistența materialului compozit.

Figura 3.4. – Curbele tensiune-deformare la compresiune ale materialelor compozite pe bază de bioceluloză și pectină (P), gelatină (G) și carboximetil celuloză (CMC) [23].

3.6. Obtinerea biocelulozei

Celuloza este un polimer omogen format din β-(1,4) glucoză, fiind cel mai întâlnit polimer din natură, producția de celuloză fiind estimată la o cantitate de 1011 t/an. Celuloza care se produce în natură există în două forme de bază (se mai numește și celuloză nativă): prima este celuloza pură, iar cealaltă este celuloza complexă [24].

Celuloza pură este cea produsă de plante cum ar fi bumbacul, de unele alge marine și de animale marine cum ar fi tunicatele. Cea de-a doua este numită celuloză complexă și include cea mai mare parte a celulozei din natură și anume cea produsă de peretele celular al plantelor superioare [24]. Celuloza constă din unități de glucoză legate între ele prin legături 1,4 glicozidice formând unități de celobioză care se repetă. Celuloza bacteriană este produsă prin biosinteză cu ajutorul bacteriilor aparținând genurilor Glucanacetobacter, Rhizobium, Sarcina, Agrobacterium, Alcaligenes și altele. Dintre acestea, genul care posedă cea mai mare eficiență de a produce bioceluloză este Glucanacetobacter xylinum, numit și Acetobacter xylinum, fiind din această cauză bacteria acetică cea mai studiată. Este o bacterie strict aerobică și nu foto-sintetică, capabilă să convertească glucoza, fructoza, glicerolul și alte substanțe organice în celuloză în timp de câteva zile. Se găsește pe diferite fructe, legume, în oțet și în unele băuturi alcoolice. Celuloza biosintetizată de Acetobacter xylinum este identică cu cea produsă de plante, în ceea ce privește formula chimică și structura polimerică, dar prezintă o cristalinitate mai mare [24].

O altă diferență fundamentală între celuloza bacterială și celuloza din plantele superioare, este că prima este liberă de hemiceluloză, lignină și alți componenți cu care cea de-a doua este asociată. În tabelul 1 este prezentată o comparație între cele două tipuri de celuloză [24].

Mecanismul de formare a biocelulozei ca și structura microfibrilelor au fost intens studiate. Astazi se acceptă că moleculele de celuloză sunt sintetizate în interiorul celulelor bacteriene, care dispun de componente de export a celulozei, adică de orificii sau pori care permit extrudarea de protofibrile de circa 2-4 nm în diametru și care sunt apoi unite în mănunchiuri de circa 80×4 nm [24].

Tabel 3.1. – Comparatie între proprietătile celulozei bacteriene si a celulozei din plante

Principala sursă de carbon a bacteriilor acetice implicate în producerea celulozei bacteriene este reprezentată în primul rând de zaharuri. Dintre cele mai utilizate sunt glucoza și fructoza, la care se mai adaugă glicerolul și altele. Uneori mediile de cultură mai conțin cantități mici de vitamine. În general nu e nevoie de adăugarea de nutrienți anorganici mai ales, când se utilizează sucuri naturale cum este cazul obținerii a ceea ce se numește nata – decoco și care nu este altceva decât gel de bioceluloză obținută din zahăr și lapte de cocos în prezență de Acetobacter xylinum, utilizată în alimentație în Asia [24].

Pentru producția industrială a acestui aliment se adaugă sulfat de amoniu și fosfat de amoniu di-acid (NH4H2PO4). Pentru experimentele de laborator s-a impus mediul de cultură Schramm-Hestrin (1954) și care are următoarea compoziție: glucoză (20 g), extract de drojdie (5 g), peptonă (5 g), NaH2PO4 (2,7 g), acid citric (1,15 g) și apă distilată (1 L) [24].

Mai mult decât atât, BC reprezintă o componentă importantă a mai multor materiale compozite cu diverse aplicații tehnologice. Câteva exemple sunt: BC/argint[25]; BC/ grafit [26]; BC/ poli (vinil alcool) [27]; BC/ SiO2 [28]; BC/ciment[29]; etc.

De obicei se pornește de la o rețea poroasă de BC 3D și ca urmare a unei abordări de preparare insitu sau a unei proceduri de impregnare [30], noi materiale compozite cu proprietăți îmbunătățite pot fi fabricate.

Există numeroase studii în care s-a variat sursa de carbon folosindu-se pe lângă glucoză, fructoză, galactoză, sucroză, glicerol și manitol. Dintre acizii care se pot adăuga în mediul de reacție pentru menținerea pH-ului cel mai eficient este acidul acetic. Bioceluloza poate fi obținută atât în culturi statice, cât și sub agitare, în funcție de proprietățile dorite. De asemenea, proprietățile fizico – chimice ale acestor membrane pot fi controlate și prin modificarea compoziției mediului de cultură sau prin tratament chimic ulterior [24].

Cultura statică prezintă dezavantajul major de a avea nevoie de o suprafață foarte mare de depozitare a vaselor cu culturi, nefiind practică la scară industrială. Totodată productivitatea este destul de scăzută față de cantitatea utilizată de mediu. Pentru a înlătura principalele dezavantaje ale culturilor statice, s-au testat diverse tipuri de reactoare în ceea ce se numește cultura dinamică a biocelulozei. În cadrul culturilor cu agitare se pot folosi de la reactoare clasice cu agitare, până la reactoare rotative și reactoare gaz – lift (Bungay și Serafica, 1999; Bielecki 2005; Chao și colab., 2000; Sani și Dahman, 2010). În toate aceste procedee se poate obține o aerare mai bună a mediului de cultură și o creștere a randamentului de producere a biocelulozei. S-au obținut inclusiv varietăți de bacterii care produc mai bine în culturi agitate. Datorită insolubilității în mediu, bioceluloza formată se agregă rapid în microfibrile de diferite forme în funcție de gradul de aerare și de agitare, obținându-se în acest caz bioceluloză sub formă dispersată în mediu de cultură și care are alte proprietăți fizice decât peliculele de bioceluloză formate în cultură statică [24] .

Pentru purificarea membranelor de bioceluloză, acestea sunt spălate cu apă distilată pentru înlăturarea componentelor mediului, apoi menținute timp de 30 minute până la 1 h la 900C în soluție de NaOH 0.5N, pentru a inactiva microorganismele prinse în membrană. După aceea se spală cu apă distilată până ce pH-ul apei de spălare devine neutru [24].

Proprietățile specifice ale celulozei bacteriene o fac deosebit de intersantă pentru o gamă largă de aplicații cum ar fi: component nutrițional (aditiv cu un conținut mic de calorii, stabilizator, modificator de textură), agent farmacologic (bandaje temporare, mai ales, pentru arsuri și regenerarea pielii, eliberare controlată a medicamentelor), ca și în telecomunicații și fabricarea hârtiei, inclusiv a celei electronice (Brown, 2007). S-a menționat și utilizarea biocelulozei în măștile faciale și produsele cosmetice, datorită capacității ridicate de reținere a apei care asigură o hidratare a tenului. Având în vedere capacitatea sa de hidratare foarte mare, bioceluloza poate fi o alternativă și pentru obținerea unor materiale superabsorbante, fie cu utilizări medicale, fie cu utilizări în agricultură [24].

Bioceluloza poate fi folosită și la obținerea de materiale compozite cu scopul de a asigura hidrofilicitatea și biodegradabilitatea materialului. Materialele compozite obținute pot fi folosite în industria alimentară ca materiale de ambalare, cu condiția ca polimerul folosit să fie compatibil cu produsele alimentare, dar și în alte domenii de activitate în funcție de proprietățile materialelor obținute [24].

3.7.Aplicații medicale ale biocelulozei

Filme antimicrobiene și antivirale

Una dintre problemele majore din prezent în ceea ce privește farmacoterapia rănilor și a arsurilor este rezistența tot mai mare la microbi.Rezolvarea acestei probleme constă în elaborarea de nanocompozite pe bază de bioceluloză deoarece acestea oferă rănilor și arsurilor un mediu umed, care favorizează vindecarea plăgilor.Un inconvenient al acestor nanocompozite este faptul că bioceluloza nu oferă protecție antiinfecțioasă.Au fost realizate nanocompozite pe bază de BC și nanocristale de chitosan parțial deacetilat(D-ChNC).Acestea au fost obținute prin adăugarea cristalelor în mediul de cultură al biocelulozei.Activitatea antimicrobiană a acestor nanocompozite a crescut odată cu creșterea concentrației de D-ChNC. Compozitele BC/D-ChNC prezintă o serie de caracteristici extraordinare, cum sunt: menținerea umidității, proprietăți de eliberare mono- și oligozaharide sub acțiunea lizozimilor, activitate bacteriostatică împotriva bacteriilor Gram-pozitive și Gram-negative și activitate bactericidă împotriva bacteriilor Gram-pozitive[31].

Cicatrizarea rănilor,piele artificială și repararea țesutului dermic

Cicatrizarea rănilor este un proces anatomic complex ce are la bază patru faze:hemostaza,inflamația,proliferarea și maturarea.Exudatele secretate conțin niveluri crescute de specii reactive de oxigen,citokine și enzime proteolitice.Aceste exudate conduc la o concentrație scăzută a inhibitorilor de proteinază și a factorilor de creștere.De asemenea, exudatele care rezultă pe o perioadă lungă afectează procesul de vindecare, iar rănile nu se vindecă într-un mod adecvat.Un mediu de tratament umed este mult mai eficient decât un mediu uscat privind vindecarea plăgilor.Astfel,este nevoie de un sistem care să aibă dublă funcționalitate:un mediu uscat și care să absoarbă exudatele în timpul fazei inflamatorii.Un astfel de sistem ar putea fi un pansament care să protejeze împotriva infecțiilor și a pierderii de lichid, să ofere o acoperire ușoară a rănii și să furnizeze medicamente spre zona țintă. De asemenea, ar trebui să prezinte elasticitate ridicată, rezistență mecanică și să fie transparent pentru o bună inspecție a rănilor[31].

Vase de sânge artificiale

BC și biocompozitele pe bază de BC sunt candidate ideale pentru înlocuirea vaselor de sânge deoarce nu sunt toxice, prezintă o puritate deosebită și rezistență la tracțiune,BC prezentându-se sub forma unei rețele de fibre ultrafine.

Protezele cardiace

Protezarea cardiacă reprezintă înlocuirea valvelor inimii,terapie destul de avansată în prezent și care implică deja numeroase biomateriale pentru confecționarea valvelor artificiale. Însă aceste biomateriale prezintă o serie de dezavantaje: calcifiere,reacții de oxidare cu sângele și reacții adverse. Ca urmare, s-au căutat soluții pentru rezolvarea acestor probleme, și anume elaborarea unor noi materiale. BC în combinație cu PVA s-a dovedit eficientă, având o hemocompatibilitate bună, datorată activării trombocitelor.

Tratamentul canalului dentar

Cariile dentare conduc, de obicei, la infectarea țesutului dentar,ceea ce necesită un tratament al canalului dentar.Obiectivul major al tratamentului canalului dentar este acela de a oferi o decontaminare sau o curățare completă a sistemului endodontic dentar. Morfologiacanalului dentar este complicată, iarrădăcinile dentare au zone inaccesibile. Mai mult decât atât, atât reducerea sau vindecarea infecției dentare,cât și recidiva infecției este comună la majorjoritatea persoanelor. În tratamentul convențional, celuloza din plantesintetizează granule din bumbac care sunt utilizate pentru uscarea și sterilizarea canalului dentar al rădăcinii.

Materialul utilizat la sterilizarea canalului dentar necesită o capacitate ridicată de absorbție pentru îndepărtarea rezidurilor,o biocompatibilitate crescută și o eficacitate marede penetrare a medicamentului în canalul dentar.Dispozitivul utilizat la tratarea canalului dentar, care conține și bioceluloză, prezintă următoarele caracteristici: rezistență la tracțiune,dilatare,capacitate de absorbție a soluțiilor,biocompatibilitate și eliberare eficientă de medicament [32].

Cap. IV

TEHNICI EXPERIMENTALE

Analiza termică complexă

Principiul acestei metode de analiză are la bază investigarea modificărilor calitative, dar și cantitative, pe care le suferă o probă pulverulentă la încălzire, în final analiza oferind informații despre natura probei studiate.

În funcție de materialele studiate comporatamentul acestora este diferit la temperatură, astfel unele materiale nu prezintă modificări importante de stare sau reacții chimice, iar altele, sensibile la temperatură suferă modificări complexe. Proprietățile materialului care sunt ușor de urmărit sunt acele proprietăți referitoare la formă, culoare, sau dimensiune. Există, însă, și alte proprietăți care pot fi identificate prin analiza termică și anume proprietăți privitoare la masă, densitate, proprietăți mecanice sau proprietățile termodinamice de material care depind de natura probei, de tipul de legătură chimică, de structura atomică, ionică sau moleculară a probei. Analizele termice permit măsurarea precisă a proprietăților termice dar permit și evaluarea proprietăților de material (inclusiv a proprietăților termice) într-un domeniu larg de temperatură, folosind un proces de încălzire controlată.

Clasificarea metodelor termice

În general, metodele termice pot fi grupate în trei categorii:

metode prin care se urmărește variația temperaturii sistemului la încălzire sau răcire cu o viteză constantă, respectiv în condiții izoterme;

metode prin care se urmărește variația masei sistemului în timpul tratamentului termic;

metode prin care se studiază influența temperaturii asupra unei proprietăți fizice sau structurale a sistemului.

O substanță supusă unui tratament termic poate suferi o serie de transformări, însoțite de variații ale conținutului energetic.

Parametrii fizici care pot fi măsurați în funcție de temperatură și aplicațiile fiecărei metode termice sunt centralizate în tabelul următor:

Analiza prin difracție de raze X

Difracția de raze X reprezintă o tehnică instrumentală, rapidă și reproductibilă, care permite determinarea compoziției mineralogice a probelor solide cristaline, precum și a proporției diferitelor minerale componente. Analiza poate să ofere informații privitoare la gradul de cristalinitate și la modificări chimico-structurale.

Metoda de analiză are la baza emisia de radiații X de către un tub Roentgen asupra unei probe. Spectrele de difracție a razelor X pot fi utilizate atât în scopul analizei calitative și cantitative a solidului studiat, cât și pentru stabilirea parametrilor de rețea caracteristici constituenților săi.

Analiza calitativă de faze cristaline cu ajutorul spectrelor de difracție se bazează pe calcularea distanțelor d pentru toate liniile de difracție apărute în spectrul amestecului policristalin și compararea lor cu valorile d date în literatură pentru faze cunoscute.

2d sin = n,

n – este un număr întreg;

– lungimea de undă a razelor X

Analizele calitative de fază cu ajutorul spectrelor de radiație X sunt deosebit de importante, atât pentru investigații științifice, cât și pentru studiul unor materii prime sau controlul produselor finite în diverse procese tehnologice.

Analiza cantitativă se bazează pe relația care există între intensitatea unei anumite linii din spectrul unui amestec de faze și concentrația componentei căreia îi aparține această linie. Se reprezintă deci grafic variația intensității liniei respective, în funcție de concentrație. Curba de etalonare obținută permite evaluarea concentrației fazei de dozat, pentru orice amestec alcătuit din aceleași faze.

Deci, prin reprezentarea intensității radiației difractate, în funcție de unghiul de incidență la care apare efectul de difracție, se obțin spectrele de difracție a razelor X (difractogramele) care sunt caracteristice fazelor cristaline din proba de analizat.

Difractograma permite:

identificarea fazelor cristaline prezente prin determinarea poziției picurilor de difracție;

determinarea concentrației fazelor prin corelație cu intensitatea liniilor de difracție rezultate;

furnizarea de informații legate de dimensiunea medie a cristalitelor, în funcție de lărgimea picurilor;

determinarea prezenței fazei amorfe (prin zgomotul de fond înregistrat în spectrul de difracție).

Determinarea microstructurală prin microscopia electronică de baleiaj.

Microscopia electronică reprezintă o metodă modernă de studiere a aspectului structurii foarte fine de ordinul 10-5 – 10-7 cm și cu măriri uzuale cuprinse între 50.000 și 100.000 x (există microscoape electronice care pot mări până la 300.000 x).

Microscopul electronic are o putere de separare de ordinul 10-8 cm, minim pentru care este posibilă distingerea a două repere alăturate.

Se pot studia astfel planele reticulare, diferite tipuri de defecte în rețeaua cristalină, interacțiuni ale defectelor, se pot urmări transformări de fază, deformări plastice, reacții de suprafață, etc.

Spre deosebire de lumina din microscopia optică, electronii din microscopia electronică cu baleiaj nu dau o imagine reală, ci creează o imagine virtuală din semnalele emise de probă (electroni secundari, electroni retroîmprăștiați, emisii de raze X).

Această imagine virtuală este influențată de:

intensitatea și diametrul fasciculului de electroni;

energia fasciculului de electroni;

volumul de probă care interacționează cu fasciculul de electroni;

compoziția probei.

Electronii secundari sunt electroni din probă, emiși în urma interacției acesteia cu fasciculul primar de electroni. În general, au o energie joasă (în general mai mică de 50 eV), iar datorită acestei energii joase ei sunt emiși de o porțiune foarte apropiată de suprafața probei.

Ca urmare, acești electroni oferă o bună rezoluție imaginii. Contrastul într-o imagine dată de electronii secundari este dat de topografia materialului. Interacții mai puternice au loc în zonele mai înalte, emițându-se astfel un număr mai mare de electroni secundari, ceea ce asigură o imagine mai luminoasă în vârfurile suprafeței probei. Acest lucru ușurează interpretarea unei imagini date de electronii secundari.

Dezavantajele microscopiei electronice de baleaj sunt legate de:

nivelul de vid – toate tunurile de electroni fiind sensibile, gazul din tun poate interacționa sau interfera cu fascicolul de electroni;

probă;

probele trebuie sa fie “tolerante la vid”; ele nu trebuie să fie modificate – chimic sau structural, sau textural de vidul înaintat

probele trebuie sa fie “vacuum friendly” – nu trebuie să afecteze sau să altereze starea vidului sau a instrumentelor (detectoare sau tunul de electroni).;

Este foarte important ca probele sa fie conducătoare (din punct de vedere electric). Probele izolatoare necesită un proces de acoperire cu un material conducător (de obicei carbon , aur, argint), pentru prevenirea ionizării suprafeței.

Adsorbție de gaz pentru determinarea suprafeței specifice și distribuției de pori – BET

Principiul se bazează pe faptul că gazul care vine în contact cu un solid, este absorbit pe de o parte și rămâne atașat la suprafață. Tipul de legături care se stabilesc sunt legături slabe de tip Van der Waals.

Este un instrument util de caracterizare a materialelor micro și mezoporoase care permite determinarea suprafeței specifice, distribuției porilor și porozității.

Adsorbția de gaz are următoarele caracteristici:

Energia necesară este scăzută și nu au loc schimbări structurale;

Echilibrul este atins rapid, fără a mai fi nevoie de energia de activare;

Adosrbția este inhibată la temperatură înaltă;

Adsorbția este reversibilă.

În cadrul acestui tip de analiză se obțin două tipuri de izoterme și anume izoterme de adsorbție, respective izoterme de desorbție.

Izotermele de absorbție se obțin măsurând cantitatea de gaz adsorbită la aplicarea unui interval larg de presiuni la temperature constanta (77K = temperature azotului lichid). Pentru izotermele de desorbtie se masoara cantitatea de gaz eliminata din pori pe masura ce presiunea scade.

Determinările de suprafață specific măsurând aria suprafeței specifice a porilor materialelor și volumul porilor și a ariei de distribuție care caracterizează porozitatea, sunt tehnici de analiză folosite, în special, studii de materialele cu utilizări medicale (regenerări osoase), studii de sinterizare, studii de reactivitate ale materialelor.

Metoda mai este cunoscută și ca metoda BET (Barrett–Emmett–Teller)de determinare a suprafeței specifice.

Etape:

Înaintea măsurătorii proba trebuie degazată, pentru a îndepărta apa sau alți contaminanți (de exemplu substanțe volatile) – vid la temperatură înaltă (max. 300°C) sau se spală cu N2 gazos la temperatura camerei;

Probele se plasează în celule de sticlă (,,reactor’’) pentru a fi analizate;

Se adaugă mici bile/baghetă de sticlă pentru a minimiza spațiul gol rămas, în cazul în care proba este sub formă de pulbere foarte fină; –Celulele sunt plasate în zona de încălzire și conectate la pompa de evacuare a gazului, apoi celula este mutată în zona de analiză;

Azotul lichid este utilizat pentru a răci proba și a o menține la temperatură constantă;

Necesar pentru ca interacțiunea între solid și moleculele de gaz să fie suficient de puternică pentru ca adsorbția să aibă loc; gazul este introdus printr-un piston calibrat.

Domeniile de utilizare a acestui tip de analiză sunt într-o gamă variată și includ: dispositive medicale, materiale, industria pastei de dinți, materiale ceramice, industria farmaceutică, cosmetice, industria textilă, nanotehnologia etc.

Determinarea densității prin metoda picnometrică cu heliu

Metoda se bazează pe legea lui Arhimede, utilizându-se ca mediu fluid un gaz și anume heliul. Avantajul metodei este dat de faptul că proba nu interacționează cu mediul de imersie.

Cap. V

OBIECTIVUL LUCRĂRII

Biomaterialele reprezintă un domeniu interdisciplinar, atât de esențial pentru aplicațiile medicale și pentru calitatea vieții umane în general. În prezent, biomaterialele sunt utilizate începând de la repararea țesuturilor afectate, până la regenerarea acestora în vederea redării funcționalității primare. Biomaterialele au un rol important, atât în prodecul de diagnosticare, cât și în cel de tratament în scopul vindecării, de aceea ele reprezintă un domeniu de actualitate, în continuă dezvoltare.

Scopul principal al acestei lucrări este obținerea unui nou compozit de tip liant-bioceluloză cu aplicații în domeniul medical, mai exact pentru domeniul stomatologic, în edodonție, pentru obturare de canal sau umplere canal perforat, sau mineralizare de dentină.

În vederea obținerii acestui biomaterial s-au avut în vedere următoarele etape principale:

Desfacerea structurii 3D poroasă a biocelulozei bacteriană, alcătuită din fibre și fibrile, prin tratament de autoclavizare la 100°C/24h, în mediu bazic – KOH 8M; apoi, a fost măcinată timp de 1,30h (v=150 rot/min), în moară planetară cu bile, în mediu de alcool etilic.

Sinteza cimentului silicatic, a cărui compoziție oxidică este dată în tabelul 4.1, s-a realizat prin tratarea termică la 1400°C/2h și 1450°C/5h a unui amestec precursor obținut prin metoda sol-gel; apoi, a fost măcinată timp de 30 minute (v=150 rot/min), în moară planetară cu bile în mediu uscat, rezultând o pulbere fină, albă.

Omogenizarea prin sitare a cimentului silicatic cu pulberea de bioceluloză, în raport de 9:1.

Adăugarea biocelulozei la ciment a avut ca scop îmbunătățirea proprietăților acestuia, de la cele liante, caracteristice (timp de priză, rezistență mecanică), până la cele biologice.

Atât componentele individuale, cât și materialele compozite finale au fost supuse caracterizării complexe prin tehnici de investigație moderne, de tipul: analiză termică, difracție de raze X, microscopie electronică, măsurători de suprafață specifică și rezistență mecanică. În plus, pentru a demonstra potențialul aplicativ al materialelor de tip ciment silicatic-bioceluloză, precum și a proprietăților de biocompatibilitate și bioactivitate, au fost realizate teste in-vitro, prin imersare în fluid biologic simulat sau evaluări comportamentului în prezența culturilor celulare (testul de proliferare celulară – MTT și stres oxidativ – GSH).

Astfel pentru: analiză termică s-a utilizat underivatograf Shimadzu DTG-TA-50H si DTA 50; difracția de raze X un difractometru SHIMADZU XRD 6000; microscopia electronică de baleiaj un microscop electronic de tip microscopul QuantaIspect F; suprafața specifică un porozimetru cu gaz (N2) de tip Gemini V (metoda BET); rezistență mecanică la compresiune o mașină de încercări mecanice de tip MATEST Cyber-Tronic 250kN/15kN.

Tabelul 5.1. Compoziția oxidică a cimenturilor silicatice obținute

Caracteristicile dispersionale pentru componentele biocimentului realizat sunt date în tabelul 5.2, observându-se suprafața specifică ridicată a biocelulozei.

Tabelul 5.2. Suprafața specifică BET și densitatea componentelorbiocimenturilor

C1- ciment obținut la 1400°C/2h; C2- ciment obținut la 1450°C/5h;

BC-bioceluloză tratată hidrotermal la 100°C/24h, KOH 8M

De asemenea, trebuie subliniat faptul că acest compozit hibrid propus în prezenta lucrare de licență reprezintă un material nou prin raportare la literatura de specialitate, nefiind disponibile date sau studii care să ateste existența unui compozit similar în stadiu industrial sau experimental.

Pentru obținerea cimentului silicatic s-a realizat sinteza amestecului precursor prin metoda sol-gel, pornindu-se de la materiile prime (substanțe analitic pure) aportoare de cu caracteristicile date în tabelul 5.3.Ca materii prime s-a utilizat:

tetraetoxisilan (TEOS) – aportor de SiO2,

butoxid de aluminiu – aportor de Al2O3,

acetat de zinc – aportor de ZnO,

azotat de calciu – aportor de CaO

acetil acetonă – precursor pentru controlul vitezei de hidroliză al butoxidului de aluminiu.

Sinteza biomaterialului compozit de tip ciment silicatic-bioceluloză– figura 5.1, a constat în următoarele etape:

– individual s-a hidrolizatTEOS-ul (raport molar min. TEOS:H2O=1:4), dizolvat butoxidul de aluminiu în acetil acetonă (raport molar min. 1:1), dizolvat azotatul de calciu și acetatul de zinc într-o cantitate minimă de apă;

– apoi s-au amestecat soluțiile apoase de TEOS cu cele de azotat și acetat, după care s-a adăugat cea de acetilacetonă și cantitatea de apă necesară hidrolizei butoxidului de aluminiu (raport molar min. ButAl:H2O=1:3), omogenizarea având loc la 80°C, timp de 3h; după aceea amestecul a gelifiat în interval de 48h;

– s-a lăsat gelul la maturare timp de 24h, după care a fost uscat la 80°C/24h, transformându-se într-o pulbere.

Gelul uscat a fost apoi brichetat prin presare, pentru a asigura un contact cat mai bun între particule, după care s-a tratat termic la 1400°C/2h și 1450°C/5h, cu viteză de 10°C/min, răcire bruscă; materialul rezultat a fost măcinat în vederea obținerii de pulbere de ciment silicatic.

Tabelul 5.3. Caracteristicile materiilor prime

Figura 5.1. Schema sintezei biomaterialului compozit de tip ciment silicatic-bioceluloză.

Cap. VI

REZULTATE ȘI DISCUȚII

Pentru realizarea unui studiu detaliat a materialelor obținute, au fost caracterizate atât componentele individuale (BC, cimenturi unitare -C1, C2, cimenturi hibride – C1+BC, C2+BC), cât și materialele întărite, 28 zile de tip biocompozit.

6.1. Difracția de raze X

Analiza de difracție de raze X realizată pe pulberea de BC (figura 6.1) evidențiază natura cristalină a acesteia. În plus, se poate afirma că materialul are un grad înalt de cristalinitate (maximele de difracție fiind subțiri și ascuțite), fiind constituit din cristalite de dimensiuni mici (maximele de difracție fiind de intensitate mică).

Figura 6.1.Difractograma de raze X pentru BC.

Figura 6.2. prezintă analizele de difracție de raze X pe pulberile de ciment sintetizate conform schemei din figura de obținere a biomaterialului compozit de tip ciment silicatic-bioceluloză. Maximele de difracție indică existență următorilor compuși mineralogici: silicat tricalcic (C3S; JCPDS 42-0551, forma monoclinică), silicat dicalcic (C2S; JCPDS 33-0302) și aluminat tricalcic (C3A; JCPDS 38-1429). În plus, se poate afirma că materialul are un grad înalt de cristalinitate, fiind constituit din cristalite de dimensiuni mici mai ales în cazul temperaturii de 1450°C. Nu se pune în evidență nicio fază cu conținut de zinc, deoarece acesta intră în rețeaua C3S stabilizându-l la forma monoclinică care este mult mai reactivă decât cea triclinică în raport cu apa.

Figura 6.2.Difractograma de raze X pentru C1 și C2.

În cazul maselor liante simple sau compozite, întărite 28 de zile – figura 6.3., difractogramele de raze X cuprind maxime de interferență pentru hidrocompuși formați în urma procesului de hidratare: hidrosilicați de calciu (CSH), hidroxid de calciu (Ca(OH)2), care prin carbonatare accidentală cu CO2 atmosferic se carbonatează la carbonat de calciu (CaCO3).

Figura 6.3.Difractograma de raze X pentru C1, C2, C1+BC, C2+BC, întărite 28 de zile.

6.2. Analiza termică

Derivatogramele realizate pe cimenturile C1 și C1+BC întărite 28 zile – figurile 6.2 și 6.3, pun în evidență prezența unor efecte de tip endoterm însoțite de pierdere de masă, asociate cu procese de descompunere, iar în cazul masei cu BC un efect exoterm la aprox. 311°C, asociat cu arderea biocelulozei.

Efectele endoterme de la 76 și 92°C sunt asociate pierderii de apă de umiditate, aprox. 148°C și 157°C descompunerii CSH slab cristalizați, aprox. 448°C și 455°C dehidroxilării Ca(OH)2, iar la aprox. 684°C decarbonatării CaCO3 slab structurat. Deci, analizele termice sunt în strânsă corelație cu difracțiile de raze X privind caracteristicile compoziționale.

Totodată, se observă că în proba cu BC temperatura de descompunere a CSH se deplasează cu aprox. 10°C (de la 148 la 157°C), ceea ce denotă creșterea gradului de structurare, iar pierderile de masă din tabelul 6.1, în intervalul 135-200°C și 600-750°C, arată și o creștere ușoară a cantității acestora; pierderea de masă ușor mai mică în intervalul 400-500°C arată că Ca(OH)2 din lichidul intergranular activează suprafața BC, așa cum indică literatura.

Figura 6.4. Analiza termică pentru C1 hidratat 28 zile.

Figura 6.5. Analiza termică pentru C1+BC hidratat 28 zile.

Tabelul 6.1Pierderile de masă (%) în diferite intervale de temperatură (°C) pentru cimentul C1 și cimentul compozit C1+BC, hidratate 28 zile.

6.3. Microscopie electronică cu baleiaj

Figura 6.6 prezintă morfologia pulberii de BC obținute în urma proceselor de autoclavizare, spălare, uscare, măcinare și sitare. Se evidențiază particulele de bioceluloză de dimensiuni diferite, o parte din acestea formând agregate. Pe baza acestor imagini, putem spune că structura inițială a BC(membrană poroasă, tridimensională, alcătuită din fibre și fibrile) a fost modificată semnificativ în urma proceselor de autoclavizare, având aspectul unei pulberi poligranulare.

Figura 6.6. Imagini SEM la diferite măriri pentru BC autoclavizată l00°C, 24 h.

Cele două tipuri de ciment obținute prin metoda sol-gel au fost amestecate cu apă și lăsate 28 zile în condiții standard (37°C, 100 % umiditate) pentru desfășurarea procesului de întărire. Microstructura probelor întărite este redată în Figurile 6.7 și 6.8. Se observă prezența produșilor de hidratare cu morfologie specifică: cristale de hidrosilicați cu formă aciculară și folii încrețite,hidroxid de calciu sub formă de cristale hexagonale și carbonat de calciu sub formă de cristale poliedrale.

Figurile 6.9 și 6.10 prezintă imagini SEM ale compozitelor C1+BC, respectiv C2+BC. Dupăcum era de așteptat, aspectul probelor este modificat, în sensul că pulberea de BC a fost înglobată în matricea liantă, pe suprafața BC aderând favorabil hidrocompușii. Microparticulele de BC sunt distribuite aproximativ uniform în volumul materialului, însă se păstrează dispunerea în conglomerate. Pe de altă parte, analiza morfologică evidențiază o reactivitate mai mare pentru primul tip de biomaterial, fapt susținut de prezența unei cantități mai mari de produși de hidratare (ace, plachete, folii încrețite, formațiuni afânate) în structura finală.

Figura 6.7. Imagini SEM la diferite măriri pentru C1 întărit 28 zile.

Figura 6.8. Imagini SEM la diferite măriri pentru C2 întărit 28 zile.

Figura 6.9. Imagini SEM la diferite măriri pentru C1+BC întărit 28 zile.

Figura 6.10. Imagini SEM la diferite măriri pentru C2+BC întărit 28 zile.

6.4. Determinarea proprietăților

6.4.1 Proprietăți liante

Pentru pulberile de ciment simplu și compozit s-au determinat două proprietăți liante importante și anume: timp de priză pe pastă, la 37°C, și rezistență mecanică la compresiune, pe pasta întărită 28 zile, la 37°C.

Pentru prepararea pastei se folosește un raport masic ciment:apă=3:1. Amestecarea s-a realizat prin metoda sferturilor, la temperatura de 202°C, timp de 90 s.

Tabelul 6.2Proprietățile liante (timp de priză și rezistență mecanică)pentru cimenturile unitare- C1 și C2, și cimenturile compozite – C1+BC, C2+BC.

Figura 6.11 prezintă comparativ valorile înregistrate pentru timpul de priză. Se observă că cimentul C2 este caracterizat de un timp de priză mai scăzut decât C1, cel mai probabil explicabil prin caracterul mai microcristalin, chiar dacă C1 este ceva mai fin. În plus, se observă că adăugarea de BC determină o scădere accentuată atât a timpului de început de priză, cât și a celui de sfârșit, ceea ce reprezintă un beneficiu pentru aplicațiile clinice.

Figura 6.11. Valorile timpului de priză pentru cimenturile unitare – C1 și C2, și cimenturile compozite – C1+BC, C2+BC.

Rezistențele mecanice la compresiune – figura 6.12, se observă că scad cu accelerarea prizei, cel mai probabil datorită tensionării structurii de întărire, dat știindu-se că reacțiile de hidratare-hidroliză sunt procese exoterme.

Figura 6.12.Rezistența mecanică la compresiune pentru cimenturile unitare – C1 și C2, și cimenturile compozite – C1+BC, C2+BC, întărite 28 zile.

6.4.2.Caracterizarea biologică

Bioactivitatea materialelor preparate a fost investigată prin studierea procesului de formare a unui strat apatitic la suprafață după imersare în SBF timp de 14 zile, la 37 °C. Soluția de testare a fost pregătită conform indicațiilor din literatura de specialitate, fiind conforme rețetei lui Kokubo. Biocompatibilitatea a fost investigată prin două tipuri de teste, MTT (proliferare celulară) și GHS (stres oxidativ).

În figurile 6.13-6.16, se prezintă aspectul suprafeței probelor după imersare în SBF, timp de 14 zile. Întreaga zonă analizată este acoperită cu structuri de formă sferică, formate în urma procesului de mineralizare. În cazul cimentului C1, aceste structuri sunt la rândul lor formate din folii subțiri strâns împachetate, pe când în cazul C2, constau dintr-o multitudine de baghete dispuse radial. Trecând la materialele compozite, se poate observa existența de structuri cu diferite morfologii în cadrul aceleiași probe. Aspectul acoperirilor rezultate în urma scufundării în SBF este specifică fazelor apatitice (hidroxiapatită). Spectrele EDX confirmă prezența elementelor: P, Ca, K, Zn, C, Al, O, Mg, regăsite în materialul suport și în depunerile de pe suprafață.

Testele celulare in vitro au fost realizate pe culturi de celule endoteliale, în acord cu prevederile legale în vigoare, urmând proceduri standard. Din imaginile de fluorescență (figurile 6.17 și 6.18) se observă că pe suprafața probelor au aderat și proliferat celulele testate, acestea nefiind modificate și având o distribuție relativ uniformă, fapt susținut și de microscopiile optice clasice (figurile 6.19 și 6.20).

Testul MTT (figura 6.21) indică lipsa citotoxicității, celulele având un metabolism normal în prezența specimenelor. Valorile înregistrate pentru probele testate sunt mai mari decât în cazul controlului la 24 h, ceea ce confirmă favorizarea proliferării, pe când la 96 h apare o scădere a valorilor, acestea devenind comparabile cu cea a controlului. Această scădere se explică pe baza fenomenului de îmbătrânire pe care îl suferă celulele după o anumită perioadă de timp. Favorizarea proliferării celulare în cazul maselor liante cu conținut de BC se bazează pe activarea suprafeței BC de către hidroxidul de calciu rezultat în urma proceselor de hidratare a compușilor mineralogici din ciment.

Prin testul de stres oxidativ (figura 6.22) se vede că toate valorile sunt plasate sub valoarea controlului, ceea ce sugerează o foarte bună acceptare de către culturile celulare a acestor suporturi, sugerând posibilitatea dezvoltării unor materiale ce pot fi integrate în organismul uman.

Figura 6.13. Imagini SEM la diferite măriri și spectrul EDX pentru C1 scufundat în SBF 14 zile.

Figura 6.14. Imagini SEM la diferite măriri și spectrul EDX pentru C2 scufundat în SBF 14 zile.

Figura 6.15. Imagini SEM la diferite măriri și spectrul EDX pentru C1+BC scufundat în SBF 14 zile.

Figura 6.16. Imagini SEM la diferite măriri și spectrul EDX pentru C2+BC scufundat în SBF 14 zile.

a b

cd

e

Figura 6.17. Imagini de microscopie de fluorescență pentru cimenturile întărite 1 zi după trei zile de incubare: C1-a,C2- b, C1+BC- c, C2+BC- d, șictr. -e.

a b

c d

e

Figura 6.18.Imagini de microscopie de fluorescență pentru cimenturile întărite 28 zile după trei zile de incubare: C1-a,C2- b, C1+BC- c, C2+BC- d, și ctr. -e.

a b

c d

e

Figura 6.19.Imagini de microscopie optică clasică pentru cimenturile întărite 1 zi după trei zile de incubare: C1-a,C2- b, C1+BC- c, C2+BC- d, și ctr. -e.

a b

c d

e

Figura 6.20.Imagini de microscopie optică clasică pentru cimenturile întărite 28 zile după trei zile de incubare: C1-a,C2- b, C1+BC- c, C2+BC- d, și ctr. -e.

Figura 6.21. Testul de viabilitate celulară MTT pentru BC, C1, C2, C1+BC, C2+BC după 24 h și după 28 zile de la întărire; CTRL – proba de control.

Figura 6.22. Testul GHS pentru BC, C1, C2, C1+BC, C2+BC după 24 h și după 28 zile de la întărire; Ctrl – proba de control.

CONCLUZII

Bioceluloza a primit o atenție sporită datorită purității sale, proprietăților biologice superioare, fizico-mecanice, biocompatibilitații sale și capacității mari de reținere a apei.

Timpul de priză al cimentului silicatic cu conținut de bioceluloză este un alt proces interesant și favorabil pentru aplicațiile clinice, acesta având rezultate mult mai bune decât cimentul simplu, fiind utilizat cel mai adesea în stomatologie.

Pentru obținerea biomaterialului dorit, obținut din ciment silicatic și bioceluloza, în prima etapă am sintetizat cimentul silicatic prin metoda sol-gel. Inițial am pornit de la o soluție de butoxid de aluminiu și acetilacetona, respectiv o soluție de azotat de calciu, acetat de zinc, tetraortosilicat și apă.

După obținerea pulberii de ciment am adăugat pulberea de bioceluloza autoclavizată, spălată, uscată și sitată obținând compozitul de tip ciment silicatic-bioceluloză. În urma testelor biologice specifice (MTT, GHS și microscopie de fluorescență), rezultă că acesta are un potențial de aplicabilitate ridicat.

În urma rezultatelor tuturor testelor și analizelor (analiza termică, microscopie electronică, difracție de raze X, rezistenta mecanică și suprafața specifică), am ajuns la concluzia că biomaterialul obținut este un material ce se poate dezvolta considerabil pe viitor, acesta obținându-se cu ușurință la scară industrială fiind utilizat în aplicațiile biomedicale.

După efectuarea metodelor de caracterizare și în urma testelor biologice care verifica biocompatibilitatea și bioactivitatea materialului, ajungem la concluzia că biocompozitul de tip ciment silicatic-bioceluloza, reprezintă un material care are un potențial de utilizare crescut în domeniul medical.

Conform rezultatelor în urma testelor de stres oxidative și viabilitate celulară, obținem rezultate favorabile și putem spune că biomaterialul poate fi integrat cu ușurință în organismul uman, neexistând efecte adverse.

Cap. VII

PROIECTAREA SI PREDIMENSIONAREA TEHNOLOGIEI PENTRU OBTINEREA MATERIALELOR COMPOZITE DE TIP CIMENT SILICATIC SI BIOCELULOZA

Obținerea cimentului silicatic cu conținut de bioceluloza s-a efectuat utilizând metoda sol-gel. Acest tip de ciment, este folosit cel mai adesea, în obturarea accidentelor radiculare.

7.1. Fluxul tehnologic al insalatiei

Pentru obținerea cimentului la 1400oC, respectiv 1450oC, am parcurs urmatoarele etape:

Dozarea materiilor prime;

Solubilizarea materiilor prime;

Omogenizarea materiilor prime;

Gelifiere;

Uscarea sol gelului;

Brichetare;

Tratament termic;

Măcinarea.

In cazul formării biocelulozei s-au efectuat urmatoarele etape:

Dezintegrarea biocelulozei;

Autoclavizarea;

Uscarea ;

Măcinarea.

Obținerea cimentului silicatic si a biocelulozei sunt reprezentate schematic in instalația următoare:

Figura 7.1.- Fluxul tehnologic de obținere a cimentului silicatic si a biocelulozei

7.2. Etapele procesului de gelifiere realizate in laborator au fost urmatoarele:

Am amestecat si omogenizat prin agitare cantitatea de butoxid de Al cu acetil acetonă, în raport 1:1, timp de 2h (t1), într-un recipient prevăzut cu agitator.

Separat, am dizolvat mai întai cantitatea de azotat de calciu într-o cantitate minimă de apă (t2) si apoi, după obținerea unei solutii limpezi, am adaugat-o pe cea de acetat de zinc (t3), iar întreg amestecul l-am lăsat la agitare timp de 2h (t4) la 80oC, obținand o solutie limpede; am adăugat TEOS-ul în vederea hidrolizei, asigurand cantitatea de apă suficientă pentru acest proces în amestec. Am agitat pana la obținerea unei solutii limpezi, omogene (t5).

In ultima etapă, am amestecat cele doua amestecuri la temperatura camerei, timp de 48h (t6), după care amestecul se ține la 80oC pana gelifiază (t7).

Gelul obținut se usucăîntr-un uscător tip cameră timp de 24h (t7), la 120oC după care are loc tratamentul termic. Temperatura la care este calcinat materialul este de 1400oC, respectiv 1450oC.

In urma analizei efectuate cu ajutorul curbei de tratament termic, procesul de calcinare are loc 160 de minute, iar materialul este încălzit cu 10oC/min, rezultand un timp total alocat tratamentului termic de 310 min (t8) (pentru cimentul obtinut la 1400oC), respectiv 490 min (t9) (pentru cimentul obținut la 1450oC). In urma tratamentului termic, se efectuează răcirea bruscă a materialului, iar după aceea este măcinat într-o moară planetară cu bile timp de 30 min (t10), la o turație de 150 rpm.

Concomitent, am efectuat obtinerea biocelulozei astfel:

In prima etapă dezintegrăm bioceluloza (t11).

In a doua etapă o introducem in autoclavă, adăugand ulterior o cantitate de 250 mL KOH 8M. Procesul are loc timp de 24h (t12), la o temperatură de 100oC.

Aducem bioceluloza la un pH neutru, initial avand un pH acid (4 – 4,5) prin spalarea in mai multe randuri cu apă distilată(t13).

In continuare, bioceluloza obtinută trece prin procesul de uscare timp de 24h (t14), la o temperatură de 50oC.

În ultima etapă, produsul obținut îl introducem în moară planetară cu bile timp de 1h30 min (t15), la 150 rpm, pentru obținerea unei pulberi fine.

Conform fluxului tehnologic prezentat anterior, în continuare are loc dozarea pulberilor obținute(t16), atât cea a cimentului la 1450oC, cât și cea a biocelulozei în raport de 9:1, respectiv 9:3. Acestea se omogenizează(t17), obținându-se ca rezultat final o masă liantă.

După obținerea masei liante, aceasta este depozitată într-un depozit pe rafturi, unde umiditatea nu poate intra în contact cu ea, urmând să fie ambalat. Timpul necesar pentru procesul de ambalare este de 30 de minute (t18).

7.3. Timpul de funcționare al instalației

Figura7.2. – Timpul de functionare al instalatiei pe etape

Fluxul tehnologic prezentat anterior, este împărțit în două etape principale care au loc simultan. În urma primei etape obținem pulberea fină de bioceluloza, iar în urma celei de-a doua etapă, obținem pulberea fină de ciment, care ulterior sunt dozate, omogenizate și ambalate conform studiului ocupând o perioadă de 1h10min. Timpul necesar primei etape este de 50h, iar celei de-a doua este de 104h și 16min. Timpul total pentru o șarjă este de 155h și 26min.

7.4. Calculul necesarului de materii prime

Pentru obținerea cimentului la 1450oC s-au folosit următoarele:

Tabel 7.1. – Caracteristici materii prime

Pentru o obține o productivitate de 300 kg/ luna, a fost calculată cantitatea de materii prime necesară, iar pentru a ajunge la cantitatea dorită se vor efectua 4 șarje/ lună. Pentru a efectua calculul necesarului de materii prime am plecat de la următoarele procente molare: CaO: 69,4%; SiO2: 21,6%; ZnO: 3,2%; Al2O3: 5,8%.

7.5. Bilantul de materiale

S-a dorit realizarea unei producții de 300kg/ luna ciment silicatic cu conținut de bioceluloză. În urma fiecărei șarje vom obține o cantitate de 75kg produs final.

Tabelul 7.2. – Bilanțul de materiale

7.6. Predimensionare instalație

Pentru realizarea instalației de predimensionare am considerat că fiecare recipent să aibă un volum util mai mare cu 30% decât cel inițial.

Prima mare etapa constă în obținerea pulberii de bioceluloză, iar cea de-a doua în obținerea pulberii de ciment.

Autoclava

În autoclavă a fost introdusă cantitatea de 75kg bioceluloza, anterior dezintegrata, iar în același recipient fiind introdusă și cantitatea de 187,5L KOH 8M, fiind menținută o temperatură de 100oC, timp de 24h.

Figura 7.6.2 – Autoclava WHHUANYU; Model: GSH-0.1L~30000L;

Capacitate 450L; Putere 1,6kW

Consum specific: 335,13kJ/ kg

Uscător bioceluloză

După ce scoatem bioceluloza din autoclavă, aceasta este spălată cu apă distilată până ce ajunge la un pH neutru. Ulterior, o introducem în uscător, în casete cilindrice, timp de 24h, la o temperatură de 50oC. Pentru a doza cantitatea de bioceluloza cu KOH de 262.5 kg, avem nevoie de 65 casete, cu volumul util de 4 L, iar volumul efectiv de 5,2 L.

Tabel 7.3. – Caracteristici uscator bioceluloză

Figura 7.6.3. – Uscator tip camera;

Kenton Model KH-75T; Volum 300 L; 2,5 kW;

Consum specific: 822.8 kJ/ kg

Moara planetară cu bile

Odată scoasă din uscător, pulberea de bioceluloză este introdusă în moara planetară cu bile cu o cantitate de etanol, timp de 1h 30min la 150 rotații pe minut pentru a obține o măcinare cât mai bună a materialului și pentru o omegenizare ridicată a acestuia.

Figura 7.6.4. – Moara planetara cu bile

Model Deya; Capacitate 10-800 kg; 2,10kW;

Consum specific 43,2 kJ/ kg

Recipientele si rezervoarele pentru materiile prime

Am ales rezervoarele și recipientele sub formă cilindrică pentru a favoriza extragerea materialului. Ținând cont de densitățile butoxidului de aluminiu (0,96 g/cm3), TEOS-ului (0,93 g/cm3) și al acetil acetonei (0,97 g/cm3) putem predimensiona rezervoarele. Știind materiile prime intrate, în kilograme, am calculat volumul util, iar ulterior am determinat volumul efectiv al recipientelor.

Tabel 7.4.- Dimensiuni recipiente si rezervoare

Recipiente de dizolvare/ omogenizare

Știind cantitățile necesare din fiecare precursor și cunoscând și cantitatea de apă necesară pentru dizolvarea acestora, am efectuat calcule pentru determinarea volumelor recipientelor de dizolvare. În recipientul 8 se dizolvă cantitatea de Ca(NO3)2, în recipientul 9 butoxidul de Al împreună cu acetil acetona, în omogenizatorul 10 Zn(CH3COO)2 cu cantitatea din recipientul 8, în omogenizatorul 11 TEOS-ul hidrolizat cu cantitatea din recipientul 10, în omogenizatorul 12 intră cantitatea dizolvată în recipientul 9 și cantitatea omogenizată din recipientul 11, iar în omogenizatorul 22 se vor omogeniza pulberile finale de bioceluloză, respectiv ciment.

Tabel 7.5.- Dimensiuni recipiente de omogenizare/ dizolvare

Tabel 7.6. – Consumul specific total al recipientelor de dizolvare/ omogenizare

Vasul pentru gelifiere

Tabel 7.7. – Dimensiunea vasului de gelifiere

Recipientele pentru uscare a gelului

După gelifiere, gelul a fost introdus în casete de formă cilindrică, acestea fiind introduse în uscător. Pentru a doza volumul de gel de 470,7 L, avem nevoie de 80 casete cu volumul util de 5,88 L, iar volumul efectiv fiind de 7,65 L.

Tabel 7.8.- Recipiente gel

Timp de 48h, la temperatura de 120oC, gelul este uscat intr-un uscator tip cameră. Mai jos avem prezentată ordonarea casetelor si dimensiunile uscatorului.

Tabel 7.9.- Dimensiuni uscător

Figura 7.6.5. – Așezarea probelor in uscător

Figura 7.6.6.- Uscător tip camera;

Seria SP; Model S – 475; Volum 476 L;

Domeniul de temperatura 5oC – 300oC; 3,7 kW;

Consum specific: 1358,317 kJ/ kg

Presa pentru brichetare

Gelul uscat este introdus în presă pentru brichetare, pentru a asigura un contact mult mai bun între particule.

Figura 7.6.7. – Presa pentru brichetarea gelului;

Model TAICHENG CB60; 11kW; Capacitate 470 kg/ h;

Consum specific 84,13 kJ/ kg

Cuptor tunel

Se cunosc următoarele date:

Productivitatea P=300kg/ lună;

Materiile prime folosite: Butoxid de aluminiu, Acetil acetona, Azotat de calciu, Acetat de zinc, TEOS;

Materialul ars in cuptor: Ciment silicatic sub formă de pulbere;

Produsul se introduce si se tratează in cuptorul tunel, cum ne este prezentat mai jos:

Figura 7.6.8. – Curba de tratament termic

Predimensionarea cuptorului tunel

Pentru început trebuie să determinăm volumul util al cuptorului:

Unde:

G – densitatea de așezare a încărcăturii pe rafturi, t/m3;

ta – indicele extensiv de funcționare a cuptorului, în ore/an;

m – cantitatea de rebuturi în timpul arderii, în %;

P – producția anuală a cuptorului, în t/an;

t – durata ciclului de ardere în ore.

Produsul obținut în urma brichetării, este introdus în cuptorul tunel pentru tratamentul termic la 1450oC, pe suporturi de zirconă, la o cantitate de 320,7 kg rezultând 53,45 kg produs pe fiecare suport. Pentru obținerea productivității dorite, se vor efectua 6 cicluri de ardere. Fiecare probă cântărește 6 kg și am ales să le aranjez astfel:

Figura 7.6.9. – Aranjarea probelor pe fiecare suport

Numărul de corpuri pe fiecare tavă este: 4 · 5 = 20 corpuri/ suport.

Masa unei singure tăvi este: 20 · 6 = 120 kg/ suport.

Spațiul între probe este: 4 cm

Lungimea unui suport este: 5 · 30 + 6 · 4 = 174 cm

Lățimea unui suport este: 4 · 30 + 5 · 4 = 140 cm

Înălțimea unui suport este: 10 cm

Indicele extesiv al cuptorului este: 360 h/ an (ta)

Durata curbeti de ardere: 5h

Productivitatea cuptorului: 3600 kg/ an

Raportând masa încărcăturii la volumul util aferent unei casete, se obține densitatea de așezare:

G= 0,2194 t/m3

Astfel, putem obtine Vc:

m3

Lățimea cuptorului = 1,4 m

Înălțimea cuptorului = 0,1 m

Lungimea cuptorului = 1,74 m

7.7.Calculul pierderilor de caldură

Materialele folosite pentru construcția boltei și a pereților laterali sunt:

cărămidă șamota la interior (0,025 m)

fibră ceramică aluminoasă (0,075 m)

λ șamota pentru (25 – 800oC) = 0,1 + 14,5 · 10-5 ·

λ șamota pentru (800 – 1450oC)= 1 + 5 · 10-5·

λ fibră ceramică aluminoasă = 0,14 + 10 · 10-5 ·

pereți orizontali = 9,4 + 0,057 ·e [W/ m2·grd]

pereți verticali = 7,1 + 0,057 ·e [W/ m2·grd]

Calculul cantităților de căldură pierdută în mediul înconjurător se face cu ajutorul relației pentru un perete compus:

În care:

k – coeficientul total de transmitere a căldurii [W/m2·grd];

A – aria suprafeței peretelui, respectiv a bolții, în zona de temperatură considerată;

- temperatura la suprafața interioară a peretelui, respectiv a bolții. Pentru cazul de față, se apreciază că aceasta temperature este egală cu cea a materialului, astfel că ea poate fi luată din curba de ardere, în [°C];

a – temperatura aerului în hala unde este instalat cuptorul, în [°C].

Coeficientul total de transmitere a căldurii k se calculeazăîn acest caz cu formula:

, [W/m2·grd]

În care:

δi – grosimile medii ale materialelor din care sunt confecționați pereții, respectiv bolta cuptorului;

λi – conductivitatile termice medii ale materialelor din care sunt confecționați pereții, respectiv bolta cuptorului.

Coeficientul de transmisie a căldurii prin convecție liberă și radiație α, poate fi calculat cu următoarele relații :

Pentru boltă(perete orizontal):

[W/m2·grd]

Pentru peretii laterali (verticali):

[W/m2·grd]

Pentru calculul pierderilor de căldură, cuptorul s-a împărțit în 3 zone, corespunzătoare intervalelor de temperatură ale materialului (Zona 1 = 0,55m; Zona 2 = 0,64m; Zona 3 = 0,55m).

Tabel 7.10. – Valorile pierderilor de caldură

Tabel 7.11.- Pierderi de caldură

Figura 7.6.10. – Pierderi de caldură prin pereti laterali/ bolta

Figura 7.6.11.- Variatia pierderilor de caldură între fibra ceramică aluminoasă si șamotă

Se observă faptul că pierderile de căldură prin pereți și boltă sunt mai mici dacă se utilizează fibră ceramică aluminoasă ca și material izolator.

Tabel 7.12.- Caracteristici cuptor tunel

Moara planetară cu bile

După ce pulberea de ciment este scoasă din cuptor, o introducem în moara planetară cu bile pentru o bună omogenizare și pentru o măcinare ridicată a acesteia.

Procesul de măcinare se realizează cu o putere de 150 rot/ min, timp de 30 minute.

Figura 7.6.12. – Moara planetară cu bile pentru măcinarea si omogenizarea cimentului;

Model QM-400*600; Capacitate 50-350 kg/h; 15kW

Consum specific 84.2 kJ/ kg

Cântar industrial

După ce ambele pulberi, atât cea de bioceluloză, cât și cea de ciment sunt măcinate în morile planetare cu bile, ele sunt aduse la cântar pentru dozare în raport de 1:9.

Figura 7.6.13.- Cantar industrial pentru dozarea pulberilor

Omogenizator pulbere finală

După ce pulberile sunt dozate, ca în raportul anterior, ele sunt omogenizate într-un recipent prevăzut cu agitator.

Figura 7.6.14.- Recipient pentru procesul de omogenizare

Model Lingyu FHJ-300; Capacitate 300L; 11kW

Consum specific 100 kJ/ kg

Tabel 7.12. – Consumurile specifice ale fiecarui utilaj

Pentru a afla câți kW/ h consumă instalația de obținere a cimentului cu conținut de bioceluloză, știm că instalația funcționează 180h 16min pentru obținerea unei șarje de 50 kg/ ciclu și avem consumul specific total = 9622 kJ/ kg.

Tabel7.13.- Costuri pentru consumul de energie

7.8. Costurile economice ale materiilor prime

Tabel7.14.- Costuri economice pentru obținerea unui kg de produs final

Bibliografie

[1] “BIOMATERIALE.” [Online]. Available: http://www12.tuiasi.ro/users/112/V. Bulancea-Biomateriale.pdf.

[2] M. G. Georgeta VOICU, Lianti anorganici si ORGANO-MINERALI cu UTILIZARE in STOMATOLOGIE. .

[3] A. P. Brandon L. Seal, “Biomaterials: an overview, Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation.”

[4] G. H. A.Mohanty, M.Misra, “Biofibres ,biodegradable polymers and biocomposites: anoverview, Macromolecular materials and engineering.”

[5] J. A. H. D.L. Elbert, “Surface treatments of polymers for biocompatibility.”

[6] P. Asokan, M. Firdoous, and W. Sonal, “PROPERTIES AND POTENTIAL OF BIO FIBRES , BIO BINDERS , AND BIO COMPOSITES,” vol. 30, pp. 254–261, 2012.

[7] B. E. K. A.D. Wilson, “Dental Silicate Cements : IX. Decomposition of the Powder.”

[8] M. Ozcan, “Luting cements for dental applications.”

[9] W. S. G.C. Paffenbarger, IC Schoonover, “Dental Silicate Cements: Physical and Chemical Properties and a Specification.”

[10] R. F. B. A.D. Wilson, “Dental Silicate Cements. II. Preparation and Durability.”

[11] R. J. M. A.D.Wilson, “Dental Silicate Cements VI. Infrared Studies.”

[12] A.D.Wilson, “Dental Silicate Cements: VII. Alternative Liquid Cement Formers.”

[13] A. D. W. B.E.Kent, “Dental Silicate Cements VIII. Acid-Base Aspect.”

[14] N. R. Short, “Durability of concrete and cement composites.”

[15] “Ciment endodontic compus din trioxid mineral.” [Online]. Available: http://cabinet.tehnicaldent.ro/tratamentul-canalelor-radiculare/1449-mta-angelus-bianco-2-x-014-g.html.

[16] W. Q. Qiu Y, Qiu L, Cui J, “Bacterial cellulose and bacterial cellulose-vaccarin membranes for wound healing.”

[17] D. G. et al. D. Klemm, F. Kramer, S. Moritz, T. Lindström, M. Ankerfors, “Nanocelluloses: A New Family of Nature‐Based Materials.”

[18] N. A. R. F. Esa, S.M.Tasirin, “Overview of bacterial cellulose production and application.”

[19] M. Wajid, M. Ul-islam, S. Khan, Y. Kim, and J. Kon, “Structural and physico-mechanical characterization of bio-cellulose produced by a cell-free system,” Carbohydr. Polym., vol. 136, pp. 908–916, 2016.

[20] “Celuloza bacteriana.” [Online]. Available: http://sabiom.ro/wp-content/uploads/2013/12/Raport_final_etapa_2.pdf.

[21] C. P. N. E.Trovatti, L.S. Serafim, C.S.R Freire, A.J.D. Silvestre, “Gluconacetobacter sacchari: An efficient bacterial cellulose cell-factory.”

[22] G. Y. L. Fu, J. Zhang, “Present status and applications of bacterial cellulose-based materials for skin tissue repair.”

[23] L. A. S. et al. F.J. Veith, S.K. Gupta, E. Ascer, S. White-Flores, R.H. Samson, “Six-year prospective multicenter randomized comparison of autologous saphenous vein and expanded polytetrafluoroethylene grafts in infrainguinal arterial reconstructions.”

[24] “Bio-celuloza obtinere, proprietati, utilizari.” [Online]. Available: http://sabiom.ro/wp-content/uploads/2013/07/Raport_cercetare_etapa_1.pdf.

[25] R. Z. W. Shaoa, H. Liua, X. Liub, H. Sunc, S. Wanga, “pH-responsive release behavior and anti-bacterial activity of bacterial cellulose-silver nanocomposites.”

[26] D. J. G. E.E. Kiziltas, A. Kiziltas, K. Rhodes, N.W. Emanetoglu, M. Blumentritt, “Electrically conductive nano graphite-filled bacterial cellulose composites.”

[27] T. D. I.M. Jipa, L. Dobre, M. Stroescu, A. Stoica-Guzun, S. Jinga, “Preparation and characterization of bacterial cellulose-poly(vinyl alcohol) films with antimicrobial properties.”

[28] A. M. H. A. Stoica-Guzun, M. Stroescu, S.I. Jinga, G. Voicu , A.M. Grumezescu, “Plackett-Burman experimental design for bacterial cellulose–silica composites synthesis.”

[29] M. A. F. Mohammadkazemi, K. Doosthoseini, E. Ganjian, “Manufacturing of bacterial nano-cellulose reinforced fibercement composites.”

[30] R. J. L. Y. Zheng, J. Monty, “Polysaccharide-based nanocomposites and their applications.”

[31] A. A. F. Mohammadkazemi, M. Azin, “Production of bacterial cellulose using different carbon sources and culture media.”

[32] T. K. H.Ullah, F.Wahid, H.A.Santos, “Advances in biomedical and pharmaceutical applications of functional bacterial cellulose-based nanocomposites.”