Use este identificador para citar ou linkar para este item:
https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16268
Tipo: | Tese |
Data do documento: | 22-Jan-2024 |
Autor(es): | BELO, Francilene da Luz |
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 dos |
Título: | Manufatura aditiva de biocompósitos a partir de ácido poliláctico reforçado por hidroxiapatita e nanotubos de carbono para regeneração de tecido ósseo |
Título(s) alternativo(s): | Additive manufacture of biocomposites from poly lactic acid reinforced by hydroxyapathite and carbon nanotube for bone tissue regeneration |
Citar como: | BELO, Francilene da Luz. Manufatura aditiva de biocompósitos a partir de ácido poliláctico reforçado por hidroxiapatita e nanotubos de carbono para regeneração de tecido ósseo. Orientadora: Verônica Scarpini Candido; Coorientador: Marcos Allan Leite dos Reis. 2024. 111 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2024. Disponível em: . Acesso em:https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16268. |
Resumo: | 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. |
Abstract: | Bone tissue is one of the most important tissues in the human body. Unfortunately, some traumatic events can cause fractures that can lead to temporary or permanent disability. Scaffolds are some of the materials that help in the treatment of these fractures, as they play an important role in the bone repair process and can be manufactured by 3D printing. Polylactic acid (PLA), as it is biodegradable, is one of the materials used in the production of scaffolds. Furthermore, the association of PLA and hydroxyapatite (HA) in its manufacture has shown excellent results, accelerating bone regeneration and reducing healing time. Another promising material for making scaffolds are carbon nanotubes (CNT), which have excellent mechanical properties and also accelerate bone growth. Thus, the main objective of this study was to produce scaffolds by additive manufacturing from polylactic acid (PLA) reinforced with hydroxyapatite (HA) and carbon nanotubes (CNT), to be applied in the regeneration of bone tissue and characterized through mechanical and biological. Hydroxyapatite was synthesized by wet means and characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electron microscopy (SEM), presenting phases characteristic of HA, characteristic groups and a morphology with a porous surface with varying particle sizes, important characteristics for a biomaterial. The pure PLA, PLA/HA and PLA/NTC scaffolds were produced by additive manufacturing with an opening between the walls of 1 mm and 2 mm and characterized through mechanical tests and biological tests. Furthermore, PLA/NTC scaffold samples were impregnated with HA on the surface by thermal and chemical treatment to evaluate the influence of ceramics on the composite surface. The micrograph of the scaffolds showed that the addition of CNT made the PLA surface rougher compared to the sample containing HA; The TGA curves suggested that temperature may favor the thermal stability of PLA/NTC scaffolds impregnated with HA on the surface; Ramam showed an interaction between hydroxyapatite on the CNT surface and a possible structural transformation of PLA/CNT; In compression tests, PLA/NTC scaffolds with an opening between the walls of 1 mm showed better compression resistance; In cell viability assays, fibroblasts incubated with pure PLA, PLA/HA and PLA/NTC scaffolds showed high viability after evaluation by the MTT assay for the two forms of preparation (heat treatment impregnation and chemical treatment impregnation and for the two openings between the walls. More than 85% of the cells remained viable after 48h of incubation with all scaffolds tested, with the groups that had NTC in their composition showing the best results, both for heat treatment (more than 95% of cell viability) as well as chemical treatment (acetone). Given the results presented, it is concluded that PLA scaffold reinforced with HA and CNT may be promising as a biomaterial used to aid in the regeneration of bone tissue, contributing to the reduction of time hospitalization of patients suffering from bone fractures. |
Palavras-chave: | Hidroxiapatita PLA Ácido polilactático Nanotubos de carbono Impressão 3D Biomateriais Biocompósitos Hydroxyapatite PLA Polylactic acid Carbon nanotube 3D printing Biomaterials Biocomposites |
Área de Concentração: | USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS |
Linha de Pesquisa: | ENGENHARIA DE PROCESSOS |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
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-ShareAlike 3.0 Brazil |
Fonte URI: | Disponível via internet através do correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br |
Fonte: | 1 CD-ROM |
Aparece nas coleções: | Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
---|---|---|---|---|
Tese_ManufaturaAditivaBiocompósitos.pdf | 5,49 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Este item está licenciado sob uma Licença Creative Commons