Auxílio à pesquisa 23/08399-1 - Espectroscopia de ressonância magnética nuclear, Estado sólido - BV FAPESP
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Revelando a interação complexa entre composição, estrutura e funcionalidade em vidros bioativos usando métodos avançados de RMN estado sólido e computacionais

Processo: 23/08399-1
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Henrik Bradtmüller
Beneficiário:Henrik Bradtmüller
Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Araraquara. Araraquara , SP, Brasil
Pesquisadores associados:Daniel Roberto Cassar ; Marina Trevelin Souza ; Silvia Helena Santagneli
Assunto(s):Espectroscopia de ressonância magnética nuclear  Estado sólido  Biovidro  Aprendizado computacional 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:bioactive glasses | Glass Structure | machine learning | MD simulations | sol-gel synthesis | Solid-State NMR | Ressonância magnética nuclear de estado sólido

Resumo

Vidros bioativos surgiram como materiais de extrema importância no setor de saúde e desempenham um papel vital no mercado, contabilizando bilhões de dólares em implantes biomédicos. No entanto, apesar da crescente importância em pesquisas corporativas e acadêmicas, seu potencial completo ainda não é totalmente explorado devido à escassez de estudos fundamentais. Até hoje, apenas dois composições de vidro - 45S5 (Biogran®, NovaMin®, Perioglas®, Novabone®) e S53P4 (Bonalive®) - são usados clinicamente. O presente projeto propõe estabelecer uma nova linha de pesquisa internacional no Instituto de Química da Universidade Estadual de São Paulo "Júlio de Mesquita Filho" em Araraquara-SP, com foco na caracterização das origens estruturais da bioatividade e da funcionalidade terapêutica dos vidros bioativos (BVs) para desenvolver biomateriais aprimorados. O foco será colocado (I) nas correlações entre estrutura-dissolução em matrizes semelhantes ao plasma humano, (II) na formação de fases cristalinas responsáveis pela bioatividade e (III) no papel estrutural de aditivos terapêuticos. Para este fim, BVs à base de borosilicatos com composições sistematicamente variadas serão sintetizados por métodos de fusão, sol-gel e combustão de soluções para produzir diferentes microestruturas. Esses BVs passarão por uma caracterização abrangente de RMN em estado sólido, com suporte de simulações de dinâmica molecular. Na próxima etapa, o comportamento de dissolução dos vidros bioativos em fluido corporal simulado (SBF) será monitorado de perto e relacionado à composição, microestrutura e bioatividade de cada vidro. Isso permitirá o desenvolvimento de um inovador modelo computacional ("digital twin") para prever a bioatividade em novas composições vítreas usando técnicas de machine-learning. Com base nas informações obtidas, novos BVs com melhor desempenho serão produzidos e os efeitos de dopantes terapêuticos serão elucidados usando técnicas de NMR de última geração e de desenvolvimento próprio. Em vista a experiência interdisciplinar em materiais vítreos e espectroscopia de RMN de estado sólido do candidato, suportada por um grupo de colaboradores internacional com domínio em machine-learning, simulações de dinâmica molecular, e difração de nêutrons, esta linha de pesquisa proposta é moderna, altamente promissora e ainda não existe na América Latina. (AU)

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