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Tipo: Tese
Data do documento: 31-Mar-2023
Autor(es): VASCONCELOS, Esleane Vilela
Afiliação do(s) Autor(es): UFPA - Universidade Federal do Pará
Primeiro(a) Orientador(a): CANDIDO, Verônica Scarpini
Primeiro(a) coorientador(a): REIS, Marcos Allan Leite
Título: Biocompósito a partir de PLA, Biovidro e Nanotubos de Carbono por Impressão 3D visando Regeneração Óssea
Título(s) alternativo(s): Biocomposite from PLA, bioglass and carbon nanotubes by 3D printing aiming at bone regeneration
Citar como: VASCONCELOS, Esleane Vilela. Biocompósito a partir de PLA, Biovidro e Nanotubos de Carbono por Impressão 3D visando Regeneração Óssea. Orientadora: Verônica Scarpini Candido . 2023. 125 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Universidade Federal do Pará, Instituto de Tecnologia, Belém, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/15627. Acesso em:.
Resumo: 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.
Abstract: Bone involvement promoted by aging and accidents has aroused interest in biomaterials and technologies for bone regeneration purposes. Thus, 3D printing technology gained prominence in the production of scaffolds due to its versatility in the production of complex geometries with interconnected pores. In this work, scaffolds composed of poly (lactic acid) (PLA), bioglass (BV) and carbon nanotubes (NTC) were produced by 3D printing, using hexagonal geometry, similar to honeycomb, interleaved. Poly (lactic acid) is a biopolymer already used in biomaterials, while bioglass has proven to be an excellent strategy for use in bone regeneration due to its excellent properties of biocompatibility, bioactivity and osteointegration, however they have low mechanical resistance and carbon nanotubes have shown excellent mechanical reinforcement in composite biomaterials. Thus, the main objective of this study was to produce and characterize a biocomposite of PLA, bioglass and carbon nanotubes by 3D printing and to study its chemical structure, crystallineity and morphology, using fourier transform infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, X-ray diffraction and scanning electron microscope. The thermal stability of the composite was evaluated by thermogravimetry, mechanical properties by compression tests and cell viability was determined by the Alamar Blue test. The bioglass was synthesized by sol-gel method presenting bioactive phases of silicate. The scaffolds were produced by 3D printing with hexagonal structures in honeycomb in PLA, PLA/BV and PLA/NTC that were impregnated with bioglass on its surface. The results of the scaffolds demonstratedinterconnected and well-defined pores, ranging from 130 μm to 800 μm. Raman spectroscopy confirmed the interaction of BV in the polymer matrix through new peaks in the spectrum between 1400 and 2600 cm-1 and the presence of the D, G and 2D bands of NTC. In the compression assay, PLA scaffolds with 2 mm diameter showed higher compression stress of 14.88 ± 2.35 MPa, while PLA/NTC higher modulus of apparent compression, 0.58 ± 0.36 GPa. In cell viability, statistical tests showed that there was no significant difference between scaffolds with 2 and 4 mm diameter. The results reveal promising results for the use of 3D printed composites in bone repair sponges. Thus, we suggest the composite of PLA/NTC of 4mm impregnated with BV on the surface as the best bone substitute, however, the application in implants remains limited in relation to osteogenic integration.
Palavras-chave: Biovidro
Nanotubos de Carbono
Impressão 3D
Bioglass
Carbon Nanotube
3D printing
Área de Concentração: USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS
Linha de Pesquisa: ENGENHARIA DE PROCESSOS
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Pará
Sigla da Instituição: UFPA
Instituto: Instituto de Tecnologia
Programa: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Fonte: 1 CD-ROM
Aparece nas coleções:Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC

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