Desenvolvimento e caracterização de biocompósitos de blendas TPU/PCL com hidroxiapatita para produção de scaffolds bioativos via impressão 3D
| Ano de defesa: | 2022 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
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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/20.500.14289/18209 |
Resumo: | The increasing need for biological tissues to treat defects caused by disease or injury has demanded new solutions to provide functional substitutes that supply tissue shortages and suit the needs of each patient. In this perspective, the present dissertation sought to develop biocomposites based on polyurethane/poly(ɛ-caprolactone) (TPU/PCL) polymer blends with hydroxyapatite (HA) to produce scaffolds via 3D printing aiming tissue engineering combining biocompatibility and bioactivity with the tissue and with its ability to a relatively simple adjustment of shape and size with thermal stimulation. For this purpose, different biocomposites were produced with the matrix of TPU, PCL, and TPU/PCL blends (in proportions of 75/25, 50/50 and 75/25), with HA filler content varying up to 20% wt. These were processed in a torque rheometer. The thermal, rheological, morphological, mechanical, printability and cell line biocompatibility characteristics were investigated. The scaffolds were produced with the crushed material of the rheometer and using a 3D printer with a syringe extruder. The results of the thermal, rheological and mechanical characterizations showed that the blends and the biocomposites from them showed intermediate behavior between the TPU and PCL matrices and their respective biocomposites with HA. The addition of HA intensified degradation reactions, mainly of the TPU matrix. In test with cell line in plates from TPU, blends of 75/25 and biocomposites with up to 10% wt of HA in these matrices, the results showed that such formulations allow cell proliferation. The scaffolds produced with the blend of 75/25 and biocomposites with up to 10% wt, showed high values of fixation (≥ 71%) and shape recovery (≥ 90%) at a temperature of 55 ºC for 20 s. The mechanical properties of the printed scaffolds exhibited values close to the threshold required for human cancellous bone grafting. |
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Pinto, Leonardo AlvesPessan, Luiz Antoniohttp://lattes.cnpq.br/8276650236213537Backes, Eduardo Henriquehttp://lattes.cnpq.br/6407713491620749http://lattes.cnpq.br/7137687172390324https://orcid.org/0000-0002-0371-7424https://orcid.org/0000-0003-2604-686Xd65de037-cde7-4152-acb3-6398320cae152023-06-27T16:12:22Z2023-06-27T16:12:22Z2022-08-02PINTO, Leonardo Alves. Desenvolvimento e caracterização de biocompósitos de blendas TPU/PCL com hidroxiapatita para produção de scaffolds bioativos via impressão 3D. 2022. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/18209.https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/18209The increasing need for biological tissues to treat defects caused by disease or injury has demanded new solutions to provide functional substitutes that supply tissue shortages and suit the needs of each patient. In this perspective, the present dissertation sought to develop biocomposites based on polyurethane/poly(ɛ-caprolactone) (TPU/PCL) polymer blends with hydroxyapatite (HA) to produce scaffolds via 3D printing aiming tissue engineering combining biocompatibility and bioactivity with the tissue and with its ability to a relatively simple adjustment of shape and size with thermal stimulation. For this purpose, different biocomposites were produced with the matrix of TPU, PCL, and TPU/PCL blends (in proportions of 75/25, 50/50 and 75/25), with HA filler content varying up to 20% wt. These were processed in a torque rheometer. The thermal, rheological, morphological, mechanical, printability and cell line biocompatibility characteristics were investigated. The scaffolds were produced with the crushed material of the rheometer and using a 3D printer with a syringe extruder. The results of the thermal, rheological and mechanical characterizations showed that the blends and the biocomposites from them showed intermediate behavior between the TPU and PCL matrices and their respective biocomposites with HA. The addition of HA intensified degradation reactions, mainly of the TPU matrix. In test with cell line in plates from TPU, blends of 75/25 and biocomposites with up to 10% wt of HA in these matrices, the results showed that such formulations allow cell proliferation. The scaffolds produced with the blend of 75/25 and biocomposites with up to 10% wt, showed high values of fixation (≥ 71%) and shape recovery (≥ 90%) at a temperature of 55 ºC for 20 s. The mechanical properties of the printed scaffolds exhibited values close to the threshold required for human cancellous bone grafting.A necessidade crescente de tecidos para tratar defeitos causados por doenças ou lesões, tem demandado novas soluções para fornecer substitutos funcionais que supram a falta de tecidos e se adequem as necessidades de cada paciente. Nessa perspectiva, a presente dissertação buscou desenvolver blendas de poliuretano termoplástico/poli(ɛ-caprolactona) (TPU/PCL) e biocompósitos a partir destas com hidroxiapatita (HA) para produzir scaffolds via impressão 3D destinados a engenharia de tecidos, e que estes possuíssem além de biocompatibilidade e bioatividade com o tecido, a capacidade de ajuste relativamente simples da forma e tamanho com estímulo térmico. Para tanto, foram produzidos diferentes biocompósitos com o TPU, PCL e blendas TPU/PCL (com razão de blenda de 75/25, 50/50 e 75/25), com teor da carga de HA incorporada em até 20% em massa. As blendas e biocompósitos foram processados em um reômetro de torque e investigadas as características térmicas, reológicas, morfológicas, mecânicas, printabilidade e biocompatibilidade em linhagem celular. Os scaffolds foram produzidos com o material granulado do reômetro e utilizando-se uma impressora 3D com extrusor de seringa. Os resultados das caracterizações térmicas, reológicas e mecânicas mostraram que as blendas e os biocompósitos apresentaram comportamento intermediário entre as matrizes de TPU e PCL. A adição de HA intensificou as reações de degradação, principalmente da matriz de TPU. Em testes com linhagem celular em placas a partir do TPU, da blenda de 75/25 e dos biocompósitos com até 10% em massa de HA, possibilitaram a proliferação celular. O scaffolds produzidos com a blenda de 75/25 e biocompósitos com até 10% da carga, apresentaram altos valores de fixação (≥ 71%) e recuperação (≥ 90%) de forma em temperatura de 55 ºC por 20 s. As propriedades mecânicas dos scaffolds impressos exibiram valores próximos do limiar necessário para enxerto ósseo esponjoso humano.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.512147/2020-00porUniversidade 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/openAccessTPUPCLHidroxiapatitaImpressão 3DMemória de formaHydroxyapatite3D printingShape memory polymerENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICADesenvolvimento e caracterização de biocompósitos de blendas TPU/PCL com hidroxiapatita para produção de scaffolds bioativos via impressão 3DDevelopment and characterization of biocomposites TPU/PCL blends with hydroxyapatite for the production of bioactive scaffolds via 3D printinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis60060027e170ed-63e5-4ae6-96cf-f7ccb26a3076reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLeonardo Alves Pinto - Dissertação .pdfLeonardo Alves Pinto - Dissertação .pdf"Leonardo Alves Pinto - Dissertação"application/pdf6350939https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/79233eee-15ee-4f91-8f5d-bc3ded4ff3d5/download166d8266909710d9a5ff2d53ae019009MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d7b51b6a-4259-4a19-957e-1b9fc2d582bb/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREADTEXTLeonardo Alves Pinto - Dissertação .pdf.txtLeonardo Alves Pinto - Dissertação .pdf.txtExtracted texttext/plain225247https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/44771531-d22e-4203-8f1d-02cd374e24b4/download8f3cf32ee2be26dd40decb1df3a8c04cMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILLeonardo Alves Pinto - Dissertação .pdf.jpgLeonardo Alves Pinto - Dissertação .pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6660https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1ccf715a-a88b-445e-85be-aceca9f1740e/downloadcdda4c012fe3c8f613442eb1115479fdMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/182092025-02-05 23:55:32.764http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/18209https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T02:55:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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