Desenvolvimento de scaffolds por manufatura aditiva, utilizando compósito de PLA/HA com a hidroxiapatita extraída da escama do pirarucu (arapaima gigas)

dc.contributor.advisor1CANDIDO, Verônica Scarpini
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8274665115727809pt_BR
dc.contributor.advisor1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0002-3926-0403pt_BR
dc.contributor.memberREIS, Marcos Allan Leite dos
dc.contributor.memberNASCIMENTO, Lúcio Fábio Cassiano
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8252507933374637pt_BR
dc.contributor.member1Latteshttp://lattes.cnpq.br/7186497849886649pt_BR
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-2226-2653pt_BR
dc.contributor.member1ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-3484-145Xpt_BR
dc.creatorSOARES, Edson Miranda
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4375277517045742pt_BR
dc.creator.ORCIDhttps://orcid.org/0000-0003-4138-4680pt_BR
dc.date.accessioned2026-07-08T23:49:18Z
dc.date.available2026-07-08T23:49:18Z
dc.date.issued2026-06-16
dc.description.abstractDue to the challenges caused by fractures and traumatic injuries, multidisciplinary fields have continuously sought innovations in the development of biomaterials for clinical bone grafting applications. This dissertation proposes the fabrication of bone grafts (scaffolds) by additive manufacturing using polylactic acid/hydroxyapatite (PLA/HA) composites, in which the hydroxyapatite was extracted from the scales of the pirarucu (Arapaima gigas). Fresh (in natura) pirarucu scales were subjected to alkaline and thermal treatments at 650 °C (H650) and 700 °C (H700). The hydroxyapatite (HA) was characterized by thermogravimetric analysis (TGA/DTG), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive spectroscopy (EDS). HA was incorporated as a filler into PLA filaments at concentrations of 0.5, 1.0, and 1.5 wt%. The filaments were characterized by FTIR, Raman spectroscopy, and SEM and were subjected to tensile testing. The scaffolds were modeled using Creo Parametric 11.0.0.0 Educational Edition software and fabricated with a Creality Ender 3 S1 Pro 3D printer. The specimens were evaluated by compression (ASTM D695-15) and flexural (ISO 178-19) tests. Thermogravimetric analysis revealed a maximum decomposition rate at approximately 321 °C. XRD analysis confirmed the formation of highly crystalline hydroxyapatite (88.53% and 90.36%) with carbonated hydroxyapatite phases, which was corroborated by FTIR (bands at 1439 and 1412 cm⁻¹) and Raman spectroscopy (bands at 1065, 1075, and 1087 cm⁻¹). SEM micrographs showed the formation of irregular hydroxyapatite particles with average sizes of 99.72 and 438.51 nm for samples H650 and H700, respectively. EDS analysis identified the presence of Ca, O, P, C, Na, and Mg. FTIR and Raman spectra of the filaments exhibited the characteristic PLA bands, together with traces of HA, indicating the formation of filaments with predominantly amorphous content. The mechanical characterization showed that the tensile strength of the developed filaments was comparable to that of commercial filaments. The addition of 1 wt% H650 resulted in a tensile strength of 60.26 MPa, whereas the incorporation of 0.5 wt% H700 achieved 49.63 MPa. The filaments initially exhibited a brittle fracture morphology, gradually developing a more ductile behavior as the HA content increased. FTIR, Raman, and SEM analyses of the scaffolds followed the same trends observed for the filaments, while the flexural and compressive tests yielded strengths of 20.49 MPa (SF0.5% H700) and 24.61 MPa (FF1% H700), respectively. The study successfully demonstrated the production of scaffolds using PLA/HA composite filaments.en
dc.description.resumoEm virtude das adversidades ocasionadas por fraturas e traumas, campos multidisciplinares constantemente buscam inovações no desenvolvimento de biomateriais para tratamentos clínicos de enxertia. Essa dissertação propõe a confecção de enxertos ósseos (scaffolds) por manufatura aditiva utilizando compósitos de ácido polilático carregado com hidroxiapatita (PLA/HA) extraída da escama do Pirarucu (Arapaima gigas). A escama do Pirarucu In natura foi submetida a tratamento alcalino e térmico nas temperaturas de 650 ºC (H650) e 700 ºC (H700). A hidroxiapatita (HA) foi caracterizada por termogravimetria (TGA/DTG); Difração de raios X (DRX); Espectroscopia vibracional no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR); Espectroscopia Raman; Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de energia dispersiva (EDS). A HA foi utilizada como carga nos filamentos de PLA em percentuais de 0,5, 1 e 1,5% m/m. Os filamentos foram caracterizados por FTIR, Raman e MEV e submetidos ao ensaio de tração. Os scaffolds foram modelados no software Creo Parametric 11.0.0.0 Educational Edition e impressos pela impressora 3D Ender 3 S1 Pro da Creality. Os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de compressão (ASTM D695-15) e flexão (ISO 178-19). O resultado da análise termogravimétrica revelou taxa máxima de decomposição em aproximadamente 321 ºC. A análise de DRX revelou a formação de hidroxiapatita (HA) com elevada cristalinidade (88,53% e 90,36%) e com fases de hidroxiapatita carbonatada, sendo corroborado pelo FTIR (bandas em 1439 e 1412 cm⁻¹) e Raman (bandas em 1065, 1075 e 1087 cm⁻¹). As micrografias por MEV demonstraram a formação de particulados desformes de hidroxiapatita com tamanho médio de 99,72 e 438,51 nm, respectivamente, para as amostras H650 e H700. A análise de EDS revelou a presença dos elementos Ca, O, P, C, Na e Mg. As espectroscopias de FTIR e Raman dos filamentos apresentaram as bandas características do PLA com vestígios de HA e formação de filamentos com conteúdo amorfo; a análise das propriedades mecânicas dos filamentos denota que os filamentos obtiveram resistência à tração próxima a filamentos comerciais. A adição de 1% de H650 resultou em 60,26 MPa e 0,5% de H700 obteve 49,63 MPa. Os filamentos apresentaram, inicialmente, morfologia de fratura frágil, mas desenvolvendo caráter dúctil à medida que o teor de HA aumentou. As análises de FTIR, Raman e MEV dos scaffolds seguiram a tendência apresentada pelas análises anteriores e os testes de flexão e compressão obtiveram, respectivamente, resistência de 20,49 MPa (SF0,5% H700) e 24,61 MPa na amostra FF1% H700. O trabalho obteve êxito na produção de scaffolds utilizando filamentos de PLA/HA.pt_BR
dc.identifier.citationSOARES, Edson Miranda. Desenvolvimento de scaffolds por manufatura aditiva, utilizando compósito de PLA/HA com a hidroxiapatita extraída da escama do pirarucu (arapaima gigas). Orientadora: Verônica Scarpini Candido. 2026. 141 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Campus Universitário de Ananindeua, Universidade Federal do Pará, Ananindeua, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18293. Acesso em:.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/18293
dc.languagept
dc.publisherUniversidade Federal do Parápt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentCampus Universitário de Ananindeuapt_BR
dc.publisher.initialsUFPApt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiaispt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.sourceDisponível na internet via Sagittapt_BR
dc.subjectBiomateriaispt_BR
dc.subjectHidroxiapatita carbonatadapt_BR
dc.subjectI-WPpt_BR
dc.subjectTPMSpt_BR
dc.subjectEnsaio de flexãopt_BR
dc.subjectBiomaterialsen
dc.subjectCarbonated hydroxyapatiteen
dc.subject3D printingen
dc.subjectBending testen
dc.subject.areadeconcentracaoCARACTERIZAÇÃO, DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DOS MATERIAISpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS::MATERIAIS CONJUGADOS NAO METALICOSpt_BR
dc.subject.linhadepesquisaTECNOLOGIA DOS MATERIAISpt_BR
dc.titleDesenvolvimento de scaffolds por manufatura aditiva, utilizando compósito de PLA/HA com a hidroxiapatita extraída da escama do pirarucu (arapaima gigas)pt_BR
dc.typeDissertaçãopt_BR

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