Fabricação por filamento fundido de compósitos à base de policaprolactona e fibras de vidro visando aplicações de engenharia de tecidos
| Ano de defesa: | 2023 |
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Universidade Federal de São Carlos
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Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| Link de acesso: | https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20735 |
Resumo: | Among the fields of study in Tissue Engineering is the development of materials that present good mechanical performance, high bioactivity, and that can be processed using techniques that allow control flexibility regards architecture, such as fused filament fabrication (FFF). In this sense, the incorporation of bioactive glasses (BG) into polymer matrix is interesting, especially when they are in the form of continuous fibers (CF), filler with high reinforcing potential. Coating may be a method to prevent excessive polymer degradation during incorporating of BGs. Depending on the bioabsorption rate of the coating, it is possible to control the induction time of the bioactive effect of CFs. As a proof of concept, conventional glass CFs were coated with polycaprolactone (PCL) via extrusion. The resulting filaments, with up to 12.5% by mass of fillers, were processed via FFF. Flow modeling during FFF with CFs was developed, something not yet reported in the literature, and used to justify the quality of the printed materials. It was estimated that, with the CFs in the printing nozzle, the melt is subjected to 481 s^-1 of shear rate and 1.95 MPa/mm of pressure gradient, values three and two times greater compared to the case of neat PCL, respectively. The tensile strength of the formulation with CFs, 32 MPa, was twice as high compared to neat polymer. As part of the second front of this investigation, for the first time, PCL composites with short fibers or powder of F18 BG were produced via extrusion and FFF. This BG was chosen due to its high bioactivity and wide processing range, which allows it to be obtained in the form of fibers. F18 promoted mineralization and in vitro cellular activity. The research contributes to the development of scaffolds with interesting characteristics for biomedical applications. |
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Augusto, Thiago de AssisCosta, Lidiane Cristinahttp://lattes.cnpq.br/8246109223926480Crovace, Murilo Camurihttp://lattes.cnpq.br/8956458007749112http://lattes.cnpq.br/2024646154120351https://orcid.org/0000-0001-7231-4760https://orcid.org/0000-0002-0280-6994https://orcid.org/0000-0003-2759-573X2024-10-04T19:50:50Z2024-10-04T19:50:50Z2023-12-15AUGUSTO, Thiago de Assis. Fabricação por filamento fundido de compósitos à base de policaprolactona e fibras de vidro visando aplicações de engenharia de tecidos. 2023. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2023. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20735.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/20735Among the fields of study in Tissue Engineering is the development of materials that present good mechanical performance, high bioactivity, and that can be processed using techniques that allow control flexibility regards architecture, such as fused filament fabrication (FFF). In this sense, the incorporation of bioactive glasses (BG) into polymer matrix is interesting, especially when they are in the form of continuous fibers (CF), filler with high reinforcing potential. Coating may be a method to prevent excessive polymer degradation during incorporating of BGs. Depending on the bioabsorption rate of the coating, it is possible to control the induction time of the bioactive effect of CFs. As a proof of concept, conventional glass CFs were coated with polycaprolactone (PCL) via extrusion. The resulting filaments, with up to 12.5% by mass of fillers, were processed via FFF. Flow modeling during FFF with CFs was developed, something not yet reported in the literature, and used to justify the quality of the printed materials. It was estimated that, with the CFs in the printing nozzle, the melt is subjected to 481 s^-1 of shear rate and 1.95 MPa/mm of pressure gradient, values three and two times greater compared to the case of neat PCL, respectively. The tensile strength of the formulation with CFs, 32 MPa, was twice as high compared to neat polymer. As part of the second front of this investigation, for the first time, PCL composites with short fibers or powder of F18 BG were produced via extrusion and FFF. This BG was chosen due to its high bioactivity and wide processing range, which allows it to be obtained in the form of fibers. F18 promoted mineralization and in vitro cellular activity. The research contributes to the development of scaffolds with interesting characteristics for biomedical applications.Uma das áreas de estudo da Engenharia de Tecidos é o desenvolvimento de materiais que apresentam bom desempenho mecânico, alta bioatividade, e que possam ser processados via técnicas que permitam flexibilidade no controle da arquitetura, tal como a fabricação por filamento fundido (FFF). Nesse sentido, a incorporação de vidros bioativos (VB) em matriz polimérica é interessante, especialmente quando estão na forma de fibras contínuas (CF), carga com alto potencial reforçante. O recobrimento pode ser um método para prevenir a degradação polimérica excessiva durante incorporação de VBs. Dependendo da taxa de bioabsorção do recobrimento, é possível controlar o tempo de indução do efeito bioativo das CFs. Como prova de conceito, CFs de vidro convencional foram recobertas com policaprolactona (PCL) via extrusão. Os filamentos resultantes, com até 12,5% em massa de cargas, foram processados via FFF. A modelagem de fluxo durante FFF com CFs foi desenvolvida, e utilizada para justificar a qualidade dos impressos. Estimou-se que, com as CFs no bico de impressão, o fundido é submetido a 481 s^-1 de taxa de cisalhamento e 1,95 MPa/mm de gradiente de pressão, valores três e duas vezes maiores que o caso da PCL pura, respectivamente. A resistência à tração da formulação com CFs, 32 MPa, foi duas vezes maior em relação ao polímero puro. Como parte da segunda frente dessa investigação, pela primeira vez, compósitos de PCL com fibras curtas ou pó de VB F18 foram produzidos via extrusão e FFF. Esse VB foi escolhido devido à sua alta bioatividade e ampla faixa de processamento, que permite sua obtenção na forma de fibras. F18 promoveu mineralização e atividade celular in vitro. A atual investigação colabora para o desenvolvimento de scaffolds com características interessantes para aplicações biomédicas.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.464623/2019-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessF18 bioactive glassPolycaprolactoneContinuous fibersAdditive manufacturingFused filament fabricationModelingVidro bioativo F18PolicaprolactonaFibras contínuasManufatura aditivaFabricação por filamento fundidoModelagemENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSFabricação por filamento fundido de compósitos à base de policaprolactona e fibras de vidro visando aplicações de engenharia de tecidosFused filament fabrication of composites based on polycaprolactone and glass fibers for tissue engineering applicationsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTThiago de Assis Augusto - Tese.pdf.txtThiago de Assis Augusto - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain102788https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d3187d13-ceb6-408b-927a-789bce33cae6/download6e458472876136ab1291e20d087c6d73MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILThiago de Assis Augusto - Tese.pdf.jpgThiago de Assis Augusto - Tese.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4095https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ed830177-7bbb-4733-bacf-0874f5964bda/download13370d5b9df5683d56fd8a4a2d83d6b8MD54falseAnonymousREADORIGINALThiago de Assis Augusto - Tese.pdfThiago de Assis Augusto - Tese.pdfapplication/pdf16953514https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/67f03c42-e4a1-4291-8ee0-fba54c7d0be5/download513e62f3b4906afc2803db05b8e5a9ebMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f32849a1-1d40-461d-afc1-00bec28267cc/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/207352025-02-06 03:29:08.092http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20735https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T06:29:08Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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