Matéria (Rio de Janeiro), Volume: 15, Issue: 3, Published: 2010
  • Desenvolvimento de biocerâmicas porosas de hidroxiapatita para utilização como scaffolds para regeneração óssea

    Fook, A.C.B.M.; Aparecida, A.H.; Fook, M.V.L.

    Abstract in Portuguese:

    Biocerâmicas porosas tem aplicações biomédicas importantes como preenchimento de defeitos ósseos e scaffolds na engenharia de tecidos. A hidroxiapatita (HA, Ca10(PO4)6(OH)2) que apresenta semelhança química e estrutural com a fase mineral dos ossos e dos dentes, é biocompatível e osteocondutiva, e tem excelente afinidade química e biológica com os tecidos ósseos. Este trabalho teve como objetivo desenvolver biocerâmicas porosas HA para utilização como scaffold para regeneração óssea empregando-se a técnica de réplica da esponja polimérica. A pasta biocerâmica de HA foi obtida por via úmida utilizando hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] e ácido fosfórico (H3PO4) e impregnada em esponjas de poliuretano com diferentes densidades. Tratamento térmico a 600°C por 1h foi realizado para eliminação da esponja seguido da sinterização a 1100°C por 2 horas. Os scaffolds apresentaram a HA como fase majoritária, elevada porosidade (> 70%) e poros com tamanhos variando na ordem de macro (>100μm) e microporosidade (1-20μm), sendo estes fatores adequados para a aplicação como scaffolds para regeneração óssea.

    Abstract in English:

    Porous bioceramics have important biomedical applications such as bone defect fillers and tissue engineering scaffolds. The hydroxyapatite (HA, Ca10 (Po4)6(OH)2) shows resemblance to the mineral phase of bone and teeth, it is biocompatible and osteoconductive, and has excellent chemical and biological affinity to bone tissue. The aim of this work is to develop HA porous bioceramics for bone regeneration using the replica of the polymeric sponge technique. The HA slurry bioceramic was obtained by wet method using by the calcium hydroxide [Ca (OH) 2] and phosphoric acid (H3PO4) and impregnated polyurethane sponges with different densities. Heat treatment at 600 ° C for 1h was accomplished to eliminate the sponge followed by sintering at 1100 ° C for 2 hours. The scaffolds showed HA as major phase, high porosity (> 70%) and pores with sizes ranging in the order of macro (> 100μm) and microporosity (1-20μm), and these factors are suitable for application as scaffolds for bone regeneration.
  • Compósitos biodegradáveis a base de polihidroxibutirato-hidroxivalerato (PHB-HV) reforçados com resíduos do beneficiamento do café

    Machado, A.R.T.; Martins, P.F.Q.; Fonseca, E.M.B.; Reis, K.C.

    Abstract in Portuguese:

    Compósitos de polihidroxibutirato - hidroxivalerato (PHB-HV) reforçados com resíduos da produção de café foram preparados a partir de PHB-HV com dois diferentes tipos de resíduos, o pergaminho e a casca de café, através da técnica de evaporação de solvente "casting". Para avaliar o efeito dos resíduos na matriz, os compósitos foram avaliados por difração de raios x (DRX), Microscopia eletrônica de Varredura (MEV) e através das propriedades mecânicas. Estas técnicas forneceram fortes evidencias da formação de uma estrutura intercalada e homogênea entre os precursores, sem que isto alterasse a cristalinidade do PHB-HV. As propriedades mecânicas foram avaliadas quanto à força de punctura e deformação antes da ruptura indicando que a presença da carga orgânica eleva ambas as propriedades, gerando um novo material com um campo de aplicação ampliado em relação ao PHB-HV.

    Abstract in English:

    Polyhydroxybutyrate-hydroxyvalerate (PHB-HV) coffee residue composites were prepared from PHB-HV and two different loadings of residue the husk and pill of coffee. The solvent evaporation technique "casting'' was used to form the films. To evaluate the residue effect in the PHB-HV properties and the material dispersion, the films were analyzed by X-ray diffraction (XRD), Scanning Electronic Microscopy (SEM) and from mechanical properties. These techniques provided strong evidence that the residue formed a homogeneous intercalated structure, although it did not altered the cristalinity of PHB-HV. The mechanical properties were evaluated by puncture force and deformation before the rupture, indicating that the presence of the organic charge elevates both properties. The composite obtained is a new material with a wider application field than the PHB-HV.
  • Distribuição de tensões em mini-implantes ortodônticos

    Dobranszki, A.; Levy Neto, F.; Dobranszki, N.C.; Vuolo, J.H.; Laboissière Jr., M.A.

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo deste trabalho foi avaliar a distribuição de tensões na resina em contato com os filetes de roscas de mini-implantes cilíndricos e cônicos, submetidos à carga lateral e torção de inserção. Um modelo fotoelástico foi confeccionado com gelatina transparente, para simular o osso alveolar. O modelo foi observado com um polariscópio plano e fotografado antes e após a ativação dos mini-implantes com força lateral e de inserção. A aplicação de cargas laterais provocou momentos fletores nos mini-implantes, aparecimento de franjas isocromáticas ao longo dos filetes do corpo dos mini-implantes e no ápice. Quando foi aplicado o torque de inserção, verificou-se a concentração de tensões próxima ao ápice. Concluiu-se que: (1) o mini-implante cilíndrico apresentou maior concentração de tensões no ápice, e (2) o mini-implante cônico apresentou maior concentração de tensões nos filetes de rosca apicais.

    Abstract in English:

    The objective of this study was to evaluate the stress distribution in the resin in contact with the spirals of cylindrical and conical mini-implants, when submitted to lateral load and insertion torsion. A photoelastic model was fabricated using transparent gelatin to simulate the alveolar bone. The model was observed with a plane polariscope and photographically recorded before and after activation of the two screws with a lateral force and torsion. The lateral force application caused bending moments on both mini-implants, with the uprising of fringes or isochromatics, characteristics of stresses, along the threads of the mini-implants and in the apex. When the torsion was exerted in the mini-implants, a great concentration of stress upraised close to the apex. The conclusion was that, comparing conical with cylindrical mini-implants under lateral load, the stresses were similar on the traction sides. The differences appear (1) on the apex, where the cylindrical mini-implant showed a greater concentration of stress, and (2) along the spirals, in the compression side, where the conical mini-implant showed a greater concentration of stress. The greater part of the stress produced by both mini-implants, after torsion load in insertion, were concentrated on the apex. With the cylindrical mini-implant, the greater concentration of tension was close to the apex, while with the conical one, the stresses were distributed along a greater amount of apical threads.
  • Técnicas de carburação em fornos rotativos a óleo de xisto e gás natural para a produção de ferros fundidos

    Hupalo, M.F.; Martins, F.G.; Ramos, D.S.; Warmling, G.

    Abstract in Portuguese:

    A indústria metalúrgica tem buscado empregar processos de fusão mais eficientes. Os fornos rotativos a gás natural e óleo de xisto surgem como uma alternativa interessante para a produção de ligas ferrosas. Durante a fusão no forno rotativo acontece uma maior queima de elementos químicos, exigindo a utilização de técnicas de carburação adequadas. No presente trabalho foram avaliadas diferentes formas de adição de carburantes durante a fusão de ferros fundidos cinzentos e nodulares, utilizando fornos rotativos a óleo de xisto e gás natural. Dois tipos de carburantes, com diferentes granulometrias, foram adicionados em diferentes estágios do processo de fusão. Os resultados mostram que o rendimento de carburação é fortemente afetado pelo estado da carga metálica. O melhor rendimento foi obtido pelo carburante de coque de petróleo calcinado com granulometria de 1-3 mm, por meio da adição à carga no estado pastoso.

    Abstract in English:

    Metallurgic industry has sought for more efficient casting processes. Fuel oil and gas-fired rotary furnaces rise as an interesting alternative for cast irons production. It must be emphasized that during the fusion process in rotary furnaces, a higher burning of alloying elements occur, demanding the use of a suitable carbonizing technique in order to attend the chemical composition specifications. The present work aimed in the application and study of different carbonizing techniques during the production of gray and ductile cast irons using fuel oil and gas-fired rotary furnaces. Two carburant types with different particle sizes were added in different stages of fusion process. Results show that carbonizing efficiency is strongly affected by the state of the metallic charge. The best results were obtained by the calcined petroleum coke with a particle size of 1-3 mm, added to the pasty metal loading.
  • Simulação do ensaio de indentação em filmes finos com o uso de modelos de trinca difusa

    Dias, A.M.S.; Sotani, P.F.B.; Godoy, G.C.

    Abstract in Portuguese:

    O objetivo principal do presente trabalho foi simular através de modelos de elementos finitos o ciclo do ensaio de indentação com penetradores esféricos em um sistema composto de recobrimento superficial fino depositado em um substrato metálico. Recentes trabalhos propõem a utilização dos ensaios de indentação (nanoindentação) como uma ferramenta capaz de avaliar características mecânicas de filmes finos, assim como avaliar possíveis falhas em sistemas que conjugam recobrimentos de alta dureza (recobrimentos tribológicos) com substratos metálicos de aço em serviço, em solicitações tribológicas. Entretanto, a implementação da técnica de indentação para a avaliação do comportamento destes sistemas e os seus resultados obtidos ocasionam dúvidas no meio científico. Em função destas incertezas na análise do ensaio de indentação, o uso de uma metodologia numérica capaz de avaliar os campos de tensões e de deformações durante o ciclo de indentação pode auxiliar em uma interpretação mais segura deste ensaio. Todavia, a utilização da metodologia numérica para avaliar o ensaio de indentação em recobrimentos superficiais finos também tem apresentado problemas principalmente devido à dificuldade na implementação de critérios de falhas, especialmente na avaliação do comportamento da interface entre o recobrimento e o substrato. Finalmente, para estudar os mecanismos de nucleação e crescimento de trincas que ocorrem nestes filmes sob ensaio de indentação utilizou-se um modelo numérico de trinca difusa.

    Abstract in English:

    The aim of the present study was simulate the cycle of indentation test with spherical indenters in a system composed of thin surface coating deposited on a metallic substrate through PVD process by finite element models. Recent studies suggest that the indentation technique could be used as a tool to evaluate mechanical properties of thin films, as well as to determinate the fracture process in systems that combine high hardness coatings, like stainless steel substrates, in tribological applications. However, the implementation of this technique to evaluate the behaviour of these systems and their results, have still been doubts in the scientific community. Because of these uncertainties in the analysis of indentation test, the use a numerical methodology capable of evaluating the fields of stresses and deformation during the indentation cycle can help in a more secure interpretation of this testing. Nevertheless, the use of the numerical methodology to evaluate the indentation test in thin surface coatings also has had problems mainly due to the difficulty in implementing failures models, especially in determinating the behaviour for the interface between the coating and the substrate. Finally, it was used a numerical cracking model to study the mechanisms of nucleation and growth of cracks that occur in these films during indentation test.
  • Estudo de inibidores de corrosão em concreto armado

    Vieira, Daniel Venâncio; Pelisser, Fernando; Paula, Marcos Marques da Silva; Mohamad, Gihad; Nóbrega, Ana Cecília Vieira da

    Abstract in Portuguese:

    A corrosão é um fenômeno que afeta toda a sociedade, atribuindo-se uma grande importância sócio-econômica aos seus efeitos. Na área da engenharia, existem diversas conseqüências do processo corrosivo, como ocorre no aço de reforço das estruturas de concreto. Na intenção de oferecer segurança e durabilidade às estruturas, empresas do ramo químico e de produtos para construção civil disponibilizam no mercado diferentes formas de proteção à corrosão. Este trabalho apresenta análises de medidas de potencial realizadas em amostras de concreto armado, com diferentes relações água/cimento, produzidos com e sem inibidores de corrosão e expostos a dois ambientes com cloretos: em campo, exposto às intempéries da atmosfera marinha do litoral sul de Santa Catarina; em laboratório, a um processo cíclico de aceleração da corrosão através de imersão parcial (solução contendo cloretos) e secagem em estufa. Nas duas situações, foram mantidas as amostras por um período de 63 dias. A corrosão por cloretos em laboratório mostrou-se o sistema mais agressivo e eficiente para avaliar o potencial de corrosão. Os resultados buscaram caracterizar a eficiência dos inibidores de corrosão utilizados, que foram denominados de inibidor A, inibidor B e inibidor C e, ao fim das análises, foi possível classificá-los quanto ao desempenho em ambientes contaminados por cloretos em: Inibidor B > Inibidor C > Inibidor A. A redução da relação água/cimento (0,45) melhorou o desempenho do concreto de referência e dos três tipos de inibidores de corrosão utilizados. Evidenciou-se modificação das propriedades mecânicas dos concretos com inibidores, o que pode conduzir ao desenvolvimento de concretos mais impermeáveis e duráveis.

    Abstract in English:

    Corrosion is a phenomenon that affects the whole of society, such that great socioeconomic importance is attributed to its effects. In the area of the engineering, numerous consequences of the corrosive process exist, like that which occurs in steel reinforcement of concrete structures. With the intention of providing structural safety and durability, the chemical industry and companies that supply construction products market different forms of protection against corrosion. This work presents analyses of measurements of corrosive potential conducted on samples of steel-reinforced concrete, with different water/cement ratios, fabricated with and without corrosion inhibitor and exposed to two environments containing chloride: in the field, exposed to the unpredictable weather of the marine environment of the southern coastal region of Santa Catarina; and in the laboratory, exposed to a cyclical process of corrosion acceleration through partial immersion (solution containing chloride) and drying in a heater. The specimens were maintained for a period of 63 days in the respective environments. Corrosion by chloride solution in the laboratory proved to be the most aggressive and efficient system for evaluating corrosive potential. The results aimed to characterize the efficiency of the corrosion inhibitors used, denominated inhibitor A, inhibitor B and inhibitor C. After completing the analyses, it was possible to classify these regarding their performance in environments contaminated by chloride: inhibitor B > inhibitor C > inhibitor A. Reduction in the water/cement ratio (0.45) improved the performance of the reference concrete and the three types of corrosion inhibitors studied. Modification of the mechanical properties of the concretes with corrosion inhibitors was verified, which could lead to the development of more impermeable and durable concrete.
  • Estudo do comportamento térmico e propriedades físico-mecânicas da lama vermelha

    Mercury, J.M. Rivas; Galdino, L.G.; Vasconcelos, N.S.L.S.; Paiva, A.E.M; Cabral, A.A.; Angélica, R.S.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, estudou-se o comportamento térmico, a evolução das fases cristalinas com a temperatura e as propriedades físico-mecânicas da Lama Vermelha (LV) procedente da indústria de alumínio do Estado do Maranhão. O estudo foi realizado por Análise Termogravimétrica (TG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Dilatometria Ótica até 1350 ºC; enquanto a evolução das fases cristalinas com a temperatura foi realizada no intervalo entre 750 a 1150 ºC por Difração de Raios-X (DRX). As propriedades físico-mecânicas como Superfície Específica, Granulometria, Limite Plástico (LP), Limite de Liquidez (LL), Índice de Plasticidade (IP), Tensão de Ruptura a Flexão (TRF), Absorção de Água (AA), Retração Linear Após Queima (R L) e Porosidade Aparente (PA) foram determinadas nas mesmas temperaturas. As seguintes fases cristalinas foram detectadas: hematita, sodalita e anatásio entre 750-850 ºC; e hematita, nefelina e sodalita entre 950-1150 ºC. Os ensaios tecnológicos demonstraram que a LV pode ser aplicada para o processamento de materiais cerâmicos estruturais, pois apresenta pouca reatividade entre 870-950 ºC, com elevada AA, e baixas R L e TRF. Entre 950 e 1350 ºC, a LV sofreu uma retração que variou entre 5-50 %, com fusão total a 1350 ºC, devido à presença de fases minerais do tipo feldespatoides em sua composição.

    Abstract in English:

    The present work studied the thermal behavior, the evolution of the crystalline phases with temperature and the ceramic properties of the red mud (bauxite tailing) from an aluminium industry of the Maranhao state. The research was carried out by Simultaneous Thermal Analysis (TG-DTA), Optical Dilatometry up to 1350 ºC, while the evolution of the crystalline phases was performed by X-ray diffraction analysis upon heating between 750 to 1150 ºC. Physical-mechanical properties, like Specific Surface Area, Particle Size Distribution, Plastic Limit (PL), Liquid Limit (LL), Plasticity Index (PI), Flexural Strength, Water Absorption (WA), Linear Shrinkage After Firing (LS) and the Apparent Porosity (AP) were also determined at the same range of temperature. The following major crystalline phases were detected: hematite, sodalite, and anatase at 750 < T < 850 ºC; and hematite, nepheline and sodalite at 950 < T < 1150 ºC. The technological experiments indicated that red mud can be used for the processing of structural ceramic materials, since it is an inert material between 870-950 ºC and presents highest water absorption and lowest shrinkage and flexural strength. At 950 < T < 1350 ºC, red mud presented a high shrinking of almost 5 to 50 % with total fusion at 1350 ºC, due to the presence of feldspathoids phases in its mineral composition.
  • Estudo da degradação dos imobilizadores utilizados em pacientes submetidos à radioterapia de cabeça e pescoço

    Loch, C. P.; Lima, M.F.S.

    Abstract in Portuguese:

    Nos tratamentos radioterápicos de cabeça e pescoço utilizam-se imobilizadores como garantia de imobilização do paciente e reprodutibilidade diária do tratamento. Estes imobilizadores, constituídos de material polimérico, são utilizados no Serviço de Radioterapia do Hospital São José (HSJ), localizado em Criciúma (SC), e são reutilizados atualmente para até seis pacientes. O processo de reutilização vem causando deformações nos imobilizadores, levando a busca de soluções para garantir a qualidade no tratamento radioterápico. Este estudo buscou caracterizar o material polimérico constituinte do imobilizador e estudar as possíveis degradações deste, devidas ao envelhecimento térmico, à quantidade de irradiação e ao efeito conjugado destes dois fatores. As amostras foram preparadas de modo a sofrerem degradações equivalentes à reutilização do imobilizador para até seis pacientes, de acordo com o protocolo seguido pelo serviço de radioterapia do hospital. As técnicas empregadas para a caracterização do polímero foram Análise Termogravimétrica (TGA), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Difração de Raios-X em ângulo largo (WAXS). As técnicas de DSC e WAXS permitiram a identificação do polímero constituinte dos imobilizadores como sendo a poli (ε-caprolactona) (PCL). Os resultados obtidos com as técnicas de TGA e DSC não indicaram efeitos de degradação significativos nas amostras. Foi observada pequena variação de cristalinidade da amostra padrão em relação às amostras modificadas por envelhecimento térmico e por efeito conjugado deste com a irradiação. A caracterização da temperatura de fusão do material de 63ºC, obtida pela técnica de DSC, demonstrou que esta é inferior à temperatura do banho térmico de 70ºC, empregada no protocolo utilizado pelo serviço de radioterapia do HSJ. Este resultado sugere que a temperatura do banho possa ser reduzida, visando minimizar os problemas de deformação do imobilizador que vem sendo observados no processo de reutilização e talvez possível aumento de sua vida útil.

    Abstract in English:

    In head and neck cancer radiotherapy, immobilization devices are used in order to ensure the patient immobilization and also to provide precise daily positioning during the treatment. Accuracy and reproducibility of the patient's position is fundamental to the successful delivery of radiation therapy. Such immobilization devices are used in the Radiotherapy Service of Hospital São José (HSJ) in Criciúma, SC, Brazil. These are usually employed in procedures for up to six patients, and the devices have shown deformations during the reuse process, leading the search for solutions to quality assurance in radiotherapy. This work aimed to characterize the polymeric constituent of the immobilizer and study its possible degradation due to thermal aging, the amount of irradiation, and the combined effect of both factors. The samples were prepared in order to undergo changes similar to the immobilization device when reused for up to six patients, according to the protocol used by the Radiotherapy Service of the HSJ. Thermogravimetric Analysis (TGA), Differential Scanning Calorimetry (DSC), and Wide-Angle X-Ray Scattering (WAXS) techniques were employed for polymer characterization. The DSC and WAXS results allowed the identification of constituent polymer of the immobilization device as poly (ε-caprolactone) (PCL). The TGA and DSC results indicated no significant effects of degradation in the samples. It was observed a small variation in the crystallinity values between the standard sample and those modified by thermal aging and also by the combined effect of thermal aging and irradiation. The melting point in the DSC curves of the material (Tm=63ºC) showed a lower value than the thermal bath temperature (T=70ºC), employed during the conformation process of the immobilization devices. This result suggests that the temperature of the thermal bath could be reduced to minimize the problems of deformation that has been observed in the immobilization device during reuse and might be possible to increase its useful life.
  • Síntese e caracterização de perovskitas do tipo LaNi1-xCu xO3 para a purificação de hidrogênio para PaCOS

    Moura, J.S.; Silva, L.A.; Rangel, M.C.; Araújo, G.C.

    Abstract in Portuguese:

    Neste trabalho, foram estudados sólidos do tipo LaNi1-xCuxO3 (x = 0,0; 0,3 e 0,5), com estrutura perovskita, visando a desenvolver catalisadores destinados à produção de hidrogênio de alta pureza na reforma interna de células a combustível de óxido sólido (SOFC). Observou-se que as condições experimentais usadas na preparação favoreceram a incorporação quantitativa dos cátions ao precursor e a formação dos sólidos com estrutura perovskita. Esses materiais mostraram diferentes propriedades redutoras e a presença do cobre favoreceu a estabilidade da estrutura perovskita. As propriedades catalíticas das amostras obtidas foram avaliadas na reação de deslocamento de monóxido de carbono com vapor d'água (WGSR, water gas shift reaction), uma etapa importante de purificação do hidrogênio, no processo de reforma de hidrocarbonetos. Os resultados mostraram que os catalisadores são promissores para esta reação, apresentando atividade muito superior à de um catalisador comercial de óxido de ferro contendo cromo e cobre; isto foi atribuído à tendência das amostras em favorecer o mecanismo adsortivo, provavelmente decorrente de uma alta mobilidade dos oxigênios da rede cristalina. O valor mais elevado de atividade catalítica foi apresentado pela Amostra LaNi0,5Cu0,5O3, considerada o catalisador de melhor desempenho.

    Abstract in English:

    LaNi1-xCu xO3 (x = 0.0, 0.3 and 0.5) type solids with perovskite structure were studied in this work aiming to develop catalysts for the production of high pure hydrogen in the internal reforming of solid oxide fuel cells (SOFC). It was observed that the experimental conditions used for preparing the samples favored the quantitative incorporation of cations in the precursor and the formation of solids with perovskite structure. These materials showed different reducing properties and the copper presence favored the stability of the perovskite structure. The catalytic properties of the samples were evaluated in water gas shift reaction (WGSR), an important step for purifying hydrogen in the process of hydrocarbons reforming. The results showed that the catalysts are promising for the reaction, showing much higher activities than a iron oxide-based commercial catalyst containing chromium and copper; This was assigned to the tendency of the samples in favoring the adsorptive mechanism, probably due to a high mobility of oxygen in the crystalline lattice. The highest value of catalytic activity was shown by the LaNi0.5Cu0.5O3 sample, the catalyst with the best performance.
  • Utilização de finos de brita em cerâmica argilosa

    Camara, R.S.; Monteiro, S.N.; Vieira, C.M.F.

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho tem por objetivo a avaliar a influência da incorporação de finos de brita na microestrutura e nas propriedades de queima de uma massa cerâmica argilosa. As propriedades avaliadas foram: retração linear, absorção de água e tensão de ruptura à flexão. Foram preparadas composições com 0% e 25% em peso de finos de brita para a obtenção de corpos-de-prova por extrusão para queima em temperaturas de 800 a 1200ºC. A microestrutura das cerâmicas queimadas foi avaliada por microscopia ótica. Os resultados mostraram que a incorporação de finos de brita é benéfica para a produção de cerâmica vermelha possibilitando redução da retração linear e da absorção de água, sem muito efeito na resistência mecânica.

    Abstract in English:

    This work has as its objective to evaluate the incorporation of stone fines in the microstructure and fired properties of a clayey ceramic. The evaluated properties were: linear shrinkage, water absorption and flexural strength. Compositions were prepared with 0 and 25 wt.% of stone fines to obtain specimens by extrusion that were fired at temperatures varying from 800 to 1200ºC. The microstructure of the fired ceramics was evaluated by optical microscopy. The results showed that the incorporation of stone fines is beneficial to the production of red ceramic by decreasing both the linear shrinkage and the water absorption, without much effect on the mechanical strength.
  • Indexation of the Materia Journal

    Miranda, Paulo Emílio V. de
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