Bioactive glasses are one of the pioneering material for biomedical applications and have been widely used for orthopedic and dental implant surfaces. However, their limited mechanical strength, low toughness, and wear resistance, as well as a high tendency to crystallize, have prevented their use as load bearing devices or that need to undergo thermal treatment during its production. In view of reduce its drawbacks the present research exposes the influence of 2 mol% of Al₂O₃ and 2 mol% SrO in 45S5 Bioglass®-based compositions. Four compositions were produced to elucidate the difference in how both oxides, separately and their synergy when together, affected the structure, thermal, bioactivity and mechanical behavior. Changes of medium-range structures were characterized by Qⁿ distribution of Raman spectroscopy and evaluation of ³¹P, ²⁷Al, ²³Na and ²⁹Si environment obtained by Magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS-NMR). Despite Qⁿ distribution was predominantly Q² in all samples the composition criteria used enabled improved processing and stabilibity characteristics. The addition of Al₂O₃ and SrO promoted larger sinterability parameter (S_c) which indicates better sintering behavior, the glass stability against crystallization doubled (K_H) compared to 45S5 and the processing window enlarged from 106 to 171. Fourier transform infrared (FTIR) analysis after in vitro bioactivity test indicates that 480 min of soaking in simulated body fluid (SBF) solution was sufficient for reconfiguration of the pre-existent features favoring the appearance of phosphate and carbonate phases. Scanning electron microscope (SEM) images and energy-dispersive X-ray (EDX) provided information upon the layers formed rich in calcium and phosphorous and silanol groups. The changes made in composition did not affect the reactivity but caused a decrease in maxima of pH. After overnight incubation, the minimum inhibitory concentration (MIC) was between 4 and 8 and minimum bactericidal concentration (MBC) was 8 ppm. The results suggested that both the different pH and rate of degradation may be the reason for the different antibacterial behavior of the samples. Moreover, all the compositions studied were considered non-cytotoxic by the neutral red uptake methodology. Considering changes in mechanical behavior the bending strength increased by 60% and toughness doubled. On the other hand, the wear resistance obtained against steel was found to be three times higher than 45S5. For the aforementioned reasons, the use of these new bioactive glasses might be a promising solution for the reconstruction of bone defects, as well as for the treatment and eradication of bone infections.

Os vidros bioativos são um dos materiais pioneiros para aplicações biomédicas e têm sido amplamente utilizados em superfícies ortopédicas e de implantes dentários. No entanto, sua limitada resistência mecânica, baixa tenacidade e resistência ao desgaste, bem como alta tendência à cristalização, têm impedido seu uso como dispositivos de suporte de carga ou que necessitem de tratamento térmico durante sua produção. Visando reduzir suas desvantagens, a presente pesquisa expõe a influência de 2 mol% de Al₂O₃ e 2 mol% de SrO em composições derivadas do Biovidro® 45S5. Quatro composições foram produzidas para elucidar a diferença de como ambos os óxidos, separadamente e sua sinergia quando juntos, afetam a estrutura, o comportamento térmico e mecânico e, ainda, sua bioatividade. As alterações das estruturas de médio alcance foram caracterizadas pela distribuição Qⁿ obtidas por espectroscopia Raman e avaliação dos ambientes ³¹P, ²⁷Al, ²³Na e ²⁹Si obtidos por ressonância magnética nuclear de estado sólido "Magic Angle" (MAS-NMR). Apesar da distribuição Qⁿ ser predominantemente Q² em todas as amostras, os critérios de composição usados permitiram melhoras condições de processamento e estabilidade térmica.A adição de Al₂O₃ e SrO promoveu maior parâmetro de sinterabilidade (S_c) o que indica melhor comportamento de sinterização, a estabilidade do vidro contra a cristalização dobrou (K_H) em comparação com 45S5 e a janela de processamento foi ampliada de 106 para 171. Análise de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) após em o teste de bioatividade in vitro indica que 480 min de imersão em solução simulada de fluido corporal (SBF) foi suficiente para reconfigurar as características pré-existentes favorecendo o aparecimento das fases fosfato e carbonatos. Imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e análises de raios-X por dispersão de energia (EDX) forneceram informações sobre as camadas formadas ricas em cálcio e fósforo e grupos silanol. As mudanças feitas na composição não afetaram a reatividade, mas causaram uma diminuição nos máximos de pH. Após incubação durante uma noite, a concentração inibitória mínima (MIC) estava entre 4 e 8 e a concentração bactericida mínima (MBC) foi de 8 ppm para E. coli.. Os resultados sugeriram que os diferentes pH e taxa de degradação podem ser a razão para o diferente comportamento antibacteriano das amostras. Além disso, todas as composições estudadas foram consideradas não citotóxicas pela metodologia de captação de vermelho neutro. Considerando as mudanças no comportamento mecânico, a resistência à flexão aumentou 60% e a tenacidade dobrou. Por outro lado, a resistência ao desgaste obtida contra o aço foi três vezes maior que o 45S5. Pelos motivos expostos, a utilização desta nova composição de vidro bioativo pode ser uma solução promissora para a reconstrução de defeitos ósseos, bem como para o tratamento e erradicação de infecções ósseas.