Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

URI Permanente para esta coleçãohttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/4045

O Doutorado Acadêmico inicou-se em 2006 e pertence ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (PRODERNA) do Instituto de Tecnologia da UFPA (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA).

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Acesso aberto (Open Access)
Biocompósito a partir de PLA, Biovidro e Nanotubos de Carbono por Impressão 3D visando Regeneração Óssea
(Universidade Federal do Pará, 2023-03-31) VASCONCELOS, Esleane Vilela; REIS, Marcos Allan Leite; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; https://orcid.org/0000-0003-2226-2653; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403
O comprometimento ósseo promovido pelo envelhecimento e acidentes tem despertado o interesse em biomateriais e tecnologias para fins de regeneração óssea. Assim, a tecnologia de impressão 3D ganhou destaque na produção de scaffolds devido à sua versatilidade na produção de geometrias complexas com poros interligados. Neste trabalho, scaffolds compostos de poli (ácido lático) (PLA), biovidro (BV) e nanotubos de carbono (NTC) foram produzidos por impressão 3D, utilizando geometria hexagonal, semelhante a favo de mel, intercalado. O poli (ácido lático) é um biopolímero já usado em biomateriais, já o biovidro tem se mostrado uma ótima estratégia para uso em regeneração óssea devido suas excelentes propriedades de biocompatibilidade, bioatividade e osteointegração, contudo possuem baixa resistência mecânica e, os nanotubos de carbono tem mostrado excelente reforço mecânico em biomateriais compósitos. Assim, o objetivo principal deste estudo foi produzir e caracterizar um biocompósito de PLA, biovidro e nanotubos de carbono por impressão 3D e estudar sua estrutura química, cristalinidade e morfologia, usando espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier, espectroscopia Raman, difratometria de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A estabilidade térmica do compósito foi avaliada por termogravimetria, as propriedades mecânicas por ensaios de compressão e a viabilidade celular foi determinada pelo teste Alamar Blue. O biovidro foi sintetizado por método sol-gel apresentando fases bioativas de silicato. Os scaffolds foram produzidos por impressão 3D com estruturas hexagonais em favo de mel em PLA,PLA/BV e PLA/NTC que foram impregnados com biovidro em sua superfície. Os resultados dos scaffolds demonstraram poros interconectados e bem definidos, variando de 130 µm a 800 µm. Espectroscopia Raman confirmou a interação do BV na matriz polimérica por meio de novos picos no espectro entre 1400 e 2600 cm-1 e a presença das bandas D, G e 2D dos NTC. No ensaio de compressão, os scaffolds de PLA com 2 mm de diâmetro demonstraram maior tensão de compressão de 14,88 ± 2,35 MPa, enquanto o PLA/NTC maior módulo de compressão aparente, de 0,58 ± 0,36 GPa. Na viabilidade celular, os testes estatísticos mostraram que não houve uma diferença significativa entre os scaffolds com 2 e 4 mm de diâmetro. Os resultados revelam resultados promissores para o uso dos compósitos impressos em 3D no reparo ósseo esponjosos. Assim, sugerimos o compósito de PLA/NTC de 4mm impregnado com BV na superfície como melhor substituto ósseo, entretanto, a aplicação em implantes permanece limitada em relação à integração osteogênica.
Acesso aberto (Open Access)
Compósitos híbridos reforçados com tecidos de curauá, carnaúba e aramida com aplicações em blindagem balística
(Universidade Federal do Pará, 2023-01-31) OLIVEIRA FILHO, Edwillson Gonçalves de; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809
O desenvolvimento de sistemas eficazes de blindagem balística, torna-se fundamental para garantir a proteção humana e veicular. Essas blindagens costumam ser formadas por diferentes materiais, como compósitos poliméricos reforçados com fibras, sendo essas empregadas quando se deseja uma boa relação peso/proteção balística. Além disso, a busca por materiais ecologicamente corretos, que associem bom desempenho mecânico com sustentabilidade, tem sido muito frequente nos dias atuais. O presente trabalho foi direcionado ao estudo das propriedades mecânicas e balísticas apresentadas por compósitos reforçados com fibras lignocelulósicas, destinados a aplicações de blindagem. Foi realizada uma investigação a respeito das características das fibras de curauá (Ananas erectifolium) e carnaúba (Copernícia prunífera), examinando o diâmetro médio, análises morfológicas e químicas. A caracterização mecânica dos compósitos foi realizada utilizando as fibras de curauá e carnaúba nas distribuições contínuas e alinhadas por meio de uma produção manual de compósitos poliéster-fibras com 10, 20 e 30%v/v, por meio dos ensaios de tração, flexão e impacto Charpy. A partir desses resultados, produziu-se compósitos poliéster laminados, pela primeira vez, utilizou-se sistemas híbridos com camadas de tecidos de Aramida-Curauá, Aramida-Carnaúba e Curauá-Carnaúba, adotando o processo de moldagem por prensagem a frio. Todos os compósitos híbridos propostos possuem 30%v/v de fibras e foram produzidos na configuração não alternada, sendo submetidos a ensaios de impacto balístico considerando o nível de proteção e a velocidade residual. Os resultados balísticos mostraram que os sistemas Curauá-Carnaúba foram perfurados, ao contrário do sistema Aramida Curauá e Aramida-Carnaúba, não transpassados, os quais obtiveram um nível I de proteção balística. Além disso, por meio dos resultados de velocidade residual, confirmou a necessidade de tecidos, e não mantas, serem usados para aplicações balísticas desses compósitos. Os resultados são um forte indício do possível potencial de soluções de compósitos híbridas similares.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo da incorporação de resíduos industriais, lama vermelha e caulim, nas propriedades de compósitos de matriz poliéster reforçados com fibras de juta e malva
(Universidade Federal do Pará, 2022-07-18) RIBEIRO, Maurício Maia; SILVA, Alisson Clay Rios da; http://lattes.cnpq.br/7389345867032737; https://orcid.org/0000-0001-9186-2287; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403
A região amazônica do Brasil é um grande produtor de bauxita e caulim, sendo o estado do Pará responsável por uma grande quota nacional da produção destes materiais. O processamento destas matérias-primas gera quantidades consideráveis de resíduos que são depois armazenados em tanques de sedimentação o que podem causar sérios danos ambientais, por conseguinte, é muito importante explorar métodos razoáveis de utilização da lama vermelha e do resíduo de caulim, e assim reduzir os seus volumes dos aterros. Muitos estudos recentes têm sido realizados e apresentados várias formas de utilização abrangente destes resíduos. Os compósitos reforçados com fibras naturais, com inserção destes resíduos industriais, têm recebido nas últimas décadas uma atenção crescente, pois boas propriedades mecânicas específicas podem ser alcançadas e os resíduos industriais podem ser reduzidos e utilizados numa forma útil. Neste trabalho, foram fabricados materiais compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras de juta e malva na configuração continuas e alinhadas a 0° e a 90° na direção de carregamento, e materiais compósitos com inserção de resíduos industriais. A matriz poliéster utilizada foi a ortofitálica pré-acelerada e curada a temperatura ambiente com peróxido de metil etil-cetona 1,0% em massa. As fibras de juta e malva foram cortadas manualmente no comprimento de 300 mm e dispostas manualmente de forma contínua e alinhadas na direção de carregamento e sem tratamento superficial. Os compósitos com fibras foram produzidos por laminação manual assistido a vácuo / ensacamento a vácuo. As proporções da fração de volumétrica das fibras variaram em 5, 15 e 25%. Os compósitos com resíduos de caulim e lama vermelha foram confeccionados pelo processo manual na forma de silicone. Variaram-se as proporções das frações mássicas dos resíduos em 5, 10, 15, 20, 25 e 30 %. Os resíduos foram caracterizados quanto ao aspecto físico, morfológico e químico e as fibras quanto ao aspecto físico e mecânico e os valores experimentais são semelhantes aos apresentados em pesquisas anteriores. Assim como os compósitos fabricados tiveram suas massas específicas determinadas o que resultou no aumento no valor médio da massa especifica dos compósitos com inserção de resíduos de lama vermelha e caulim. No caso dos compósitos reforçados com fibras, de juta e malva, apresentaram uma redução no valor médio quando comparado com a matriz. As propriedades de tração e cisalhamento foram observadas para os compósitos com resíduos industriais, lama vermelha e caulim. O compósito 5RC exibiu valor de resistência a tração mais próximo a matriz, assim como para 5RLV, 10RLV e 15 RLV que exibiram mesmo comportamento. Para a resistência ao cisalhamento os compósitos 10RLV e 15 RLV foram mais próximo a matriz. Assim como os compósitos reforçados com fibras de juta 0° apresentaram a maior resistência a tração foram 0J5, 0J15 e 0J25, excedendo em 2%, 150% e 166% a resistência à tração do poliéster. Para os compósitos reforçados com fibras de malva 0º apresentaram a maior resistência a tração foram 0M15 e 0M25, excedendo em 67% e 96% a resistência à tração do poliéster. Para resistência ao cisalhamento os compósitos reforçados com fibras de juta (0J15 e 0J25) e malva (0M15 e 0M25) excederam a matriz em 201%, 206%, 71% e 144%, respectivamente. A resistência a tração dos compósitos trifásicos (0JRLV, 0JRC, 0MRLV e 0MRC) excederam a matriz em 129%, 100%,54% e 21%, respectivamente. Para resistência ao cisalhamento excederam em 49%, 47%, 63% e 52% a matriz. Os compósitos com fibras alinhadas a 0 apresentaram comportamento mecânico satisfatório para aplicação em materiais compósitos apresentando características de reforço.
Acesso aberto (Open Access)
Manufatura aditiva de biocompósitos a partir de ácido poliláctico reforçado por hidroxiapatita e nanotubos de carbono para regeneração de tecido ósseo
(Universidade Federal do Pará, 2024-01-22) BELO, Francilene da Luz; REIS, Marcos Allan Leite dos; http://lattes.cnpq.br/8252507933374637; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809
O tecido ósseo é um dos tecidos mais importantes do corpo humano. Infelizmente algumas ocorrências traumáticas podem gerar fraturas que podem levar a incapacitações temporárias ou permanentes. Scaffolds são alguns dos materiais que auxiliam no tratamento dessas fraturas, pois desempenham um papel importante no processo de reparação óssea e podem ser fabricados por impressão 3D. O ácido polilático (PLA), por ser biodegradável, é um dos materiais utilizados na produção de scaffolds. Além disso, a associação de PLA e hidroxiapatita (HA) em sua fabricação tem apresentado excelentes resultados, acelerando a regeneração óssea e reduzindo o tempo de cicatrização. Outro material promissor na confecção de scaffolds são os nanotubos de carbono (NTC), que apresentam excelentes propriedades mecânicas e também aceleram o crescimento ósseo. Assim, o objetivo principal deste estudo foi produzir scaffolds por manufatura aditiva a partir de ácido poliláctico (PLA) reforçado com hidroxiapatita (HA) e nanotubos de carbono (NTC), para serem aplicados na regeneração de tecido ósseo e caracterizar através de ensaios mecânicos e biológicos. A hidroxiapatita foi sintetizada por via úmida e caracterizada por difração de raios X (DRX), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), apresentando fases características de HA, grupamentos característicos e uma morfologia com uma superfície porosa com tamanho de partículas variados, características importantes para um biomaterial. Os scaffolds de PLA puro, PLA/HA e PLA/NTC foram produzidos por manufatura aditiva com abertura entre as paredes de 1 mm e 2 mm e caracterizados através de testes mecânicos e ensaios biológicos. Além disso, amostras de scaffolds de PLA/NTC foram impregnadas com HA na superfície por tratamento térmico e químico para avaliar a influência da cerâmica na superfície do compósito. A micrografia dos scaffolds mostrou que a adição de NTC tornou a superfície do PLA mais rugosa em comparação a amostra contendo HA; As curvas de TGA sugeriram que a temperatura pode favorecer a estabilidade térmica de scaffolds de PLA/NTC impregnados com HA na superfície; O Ramam mostrou uma interação entre a hidroxiapatita na superfície do NTC e uma possível transformação estrutural do PLA/NTC; Nos ensaios de compressão os scaffolds de PLA/NTC com abertura entre as paredes de 1 mm apresentaram melhor resistência a compressão; Nos ensaios de viabilidade celular, fibroblastos incubados com os scaffolds de PLA puro, PLA/HA e PLA/NTC apresentaram elevada viabilidade após avaliação pelo ensaio do MTT para as duas formas de preparo (impregnação por tratamento térmico e impregnação por tratamento químico) e para as duas aberturas entre as paredes. Mais de 85% das células se mantiveram viáveis após 48h de incubação com todos os scaffolds testados, sendo que os grupos que tinham o NTC na composição apresentaram os melhores resultados, tanto para o tratamento térmico (mais de 95% de viabilidade celular) quanto para o tratamento químico (acetona). Diante dos resultados apresentados, conclui-se que scaffold de PLA reforçado com HA e NTC pode ser promissor como biomaterial utilizados para auxílio na regeneração de tecido ósseo, contribuindo para a diminuição do tempo de internação hospitalar dos pacientes vítimas de fraturas ósseas.
Acesso aberto (Open Access)
Métodos de obtenção e caracterização de biomembrana de quitosana e copaíba para potencial uso em feridas
(Universidade Federal do Pará, 2022-06-14) PARANHOS, Sheila Barbosa; PASSOS, Marcele Fonseca; http://lattes.cnpq.br/0588450144351187; https://orcid.org/0000-0002-5616-2127; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403
Os profissionais da saúde lidam diretamente com diversas situações complexas no cuidado a pessoas adoecidas. Dentre estas, destacam-se as feridas na pele que podem trazer prejuízos na condição clínica do paciente, além de tratamentos onerosos para a cura. As feridas cutâneas exigem curativos para proteção contra microorganismos patogênicos e para acelerar o processo de cicatrização. Com o surgimento dos biomateriais disponíveis para uso no tratamento de feridas, a quitosana tornou-se uma escolha eficaz, encontrada facilmente na forma natural e renovável como potencial cicatrizante. A membrana de quitosana apresenta condições ideais no tratamento de feridas, como absorção, proteção, biocompatibilidade e potencial anti-microbiano. Para aumentar seus efeitos cicatrizantes, óleos naturais têm sido incorporados na matriz polimérica, a exemplo da copaíba, que possui elevada ação anti-inflamatória. Nesse contexto, o trabalho objetivou obter e caracterizar membranas de quitosana por emulsão e nanoemulsão do óleo de copaíba para tratar feridas cutâneas. As membranas de quitosana com adição do óleo por emulsão e nanoemulsão foram sintetizadas pela técnica de evaporação de solvente. Foram avaliadas pela análise macroscópica e caracterizadas por microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier, calorimetria exploratória diferencial, percentual de intumescimento, umidade e ângulo de contato. Foi realizado ensaio in vitro de atividade antibacteriana frente à bactéria S.aureus. As membranas apresentaram aparência aparentemente finas, pouco maleáveis, relativa opacidade, homogeneidade e boa manuseabilidade. Observou-se porosidade mais numerosa nas superfícies das membranas sintetizadas por nanoemulsão do óleo de copaíba, além de comportamento mais amorfo. Percebeu-se uma melhor interação entre a quitosana e os constituintes do óleo quando a síntese do óleo foi preparada por nanoemulsão, resultando na melhoria da estabilidade do material produzido. Os percentuais de intumescimento foram maiores nas composições MQCoN-0,1 (214±3,22%), quando imersos na água e a composição MQCoN-5,0 (220±6,83%) na solução em PBS. O comportamento mais úmido foi significativo nas membranas compostas por nanoemulsões do óleo de copaíba de 0,1 % (0,80±1,37%) e 0,5 % (3 ±0,79%). Não houve grande influência no ângulo de contato entre as sínteses e composições. A membrana de quitosana com 1,0 % (v/v) do óleo emulsionado e a membrana de quitosana com 0,5% (v/v) do óleo nanoemulsionado foram as membranas mais hidrofílicas. Todas as membranas foram capazes de inibir o crescimento bacteriano, exceto a membrana de quitosana com 1,0%(v/v) de emulsão do óleo. Os materiais obtidos por nanoemulsão possuem atributos ideais para aplicação no uso de feridas cutâneas.
Acesso aberto (Open Access)
Síntese e Caracterização de Membrana de Quitosana com Extrato de Banana Verde e Andiroba para Cicatrização de Lesões Epiteliais
(Universidade Federal do Pará, 2022-03-21) FERREIRA, Elisângela da Silva; CANDIDO, Verônica Scarpini; http://lattes.cnpq.br/8274665115727809; https://orcid.org/0000-0002-3926-0403
Os biomateriais devem possibilitar que as céluas saudáveis cirundantes cresçam e substituam a matriz que constitui o material. A fusão de quitosana com outros compostos bioativos está sendo amplamente estudada, bem como a incorporação de óleos vegetais em filmes de quitosana para aplicação na cicatrização de feridas por diferentes técnicas. Este estudo teve como objetivo sintetizar e caracterizar membranas de quitosana, extrato de casca de banana verde e óleo de andiroba para aplicação em lesões epiteliais. Foram sintetizadas membranas em diferentes composições e concentrações e realizados testes de caracterização no memterial. O óleo de andiroba foi adicionado de forma pura ou emulsão óleo em água (O/A) na solução de quitosana. Houve maior intumescimento das membranas de quitosana com emulsão O/A, sendo 978,79 % e 423,64 %, Nano M6 e Nano M11, respectivamente, após 24 horas de imersão em água. A maior porcentagem de umidade foi em M7 (24,9 ± 3,8 %) e o menor em Nano M7 (13,46 ± 0,8 %). Todas as amostras são hidrofílicas, com valores menores com extratos de casca de banana da primeira decocção, M1 (24,0° ± 1,9°) e Nano M6 (23,7° ± 4,3°). Os difratogramas demonstraram material amorfo, na sua grande maioria. A análise térmica aponta maior estabilidade das membranas de quitosana sintetizadas com extrato de casca de banana e adição de óleo de andiroba. A espectroscopia mostrou picos e bandas características dos componentes das amostras e interação entre esses compostos, além de sugerir o encapsulamento do óleo. O material sintetizado apresentou características de absorção de líquidos, hidrofilicidade e interação entre seus componentes, em especial as membranas compostas com extrato de casca de banana do primeiro dia de decocção e com adição de emulsões O/A, com maior possibilidade de eficácia para cicatrização de lesões epiteliais.

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