Fabricação por manufatura aditiva de scaffolds cerâmicos porosos com infiltração de biovidro para uso biomédico

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Faccio, Maíra
Orientador(a): Catafesta, Jadna
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Biomateriais
Engenharia tecidual
Ossos
Ciência dos materiais
Palavras-chave em Inglês:
Biomedical materials
Tissue engineering
Bones
Materials science
Link de acesso: https://repositorio.ucs.br/11338/15056
Resumo: Lesões e defeitos ósseos frequentemente requerem materiais capazes de promover o reparo, a substituição ou a regeneração tecidual. Nesse contexto, os scaffolds cerâmicos surgiram como alternativas promissoras para mimetizar e substituir tecidos danificados, devido à sua biocompatibilidade e versatilidade estrutural. Para tanto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de scaffolds de alumina-zircônia produzidos por manufatura aditiva por extrusão de material (impressão 3D) e posteriormente infiltrados com biovidro (45S5). Os filamentos para a manufatura aditiva por extrusão de material foram obtidos em extrusora dupla-rosca pela mistura dos pós cerâmicos (55 % em massa) com o polímero polietileno de baixa densidade (45 % em massa). Para criar uma curva de degradação para remoção do polímero após a impressão, foi necessário realizar um ensaio de análise termogravimétrica. Os scaffolds produzidos e sinterizados foram submetidos à infiltração de biovidro e foram avaliados por meio de análises morfológicas e biológicas. Os processos de debinding (remoção do polímero) e sinterização resultaram em peças com tamanhos de poros internos entre 500 µm e 1 mm, com uma redução dimensional de cerca de 30 % que permitiu a infiltração do biovidro. Foi identificada a presença de Si, Ca e P em todas as misturas, elementos responsáveis por contribuir na resposta biológica. Os testes biológicos demonstraram que os scaffolds impressos, compostos de alumina, zircônia e uma combinação de ambas, com ou sem infiltração de biovidro, não apresentaram citotoxicidade significativa em fibroblastos epiteliais renais 3T3 ou VERO após 72 h. Dentre estes, o scaffold de alumina-zircônia infiltrado com biovidro destacou-se por aumentar a viabilidade e a proliferação celular em 72 h (~ 150 % de aumento). Também promoveu forte adesão celular e liberação de matriz extracelular após 5 dias, demonstrando biocompatibilidade superior e potencial atividade osteoindutora. Cabe destacar que, uma combinação de compósitos cerâmicos bioativos para a fabricação de scaffolds demonstrou forte potencial na promoção da regeneração tecidual, preservando a integridade do tecido hospedeiro, aspecto essencial para a prevenção de falhas clínicas. [resumo fornecido pelo autor]
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spelling Faccio, MaíraAguzzoli, CesarBerti, Lucas FreitasCosta, Tânia Maria HaasSilva, Thiago Barcellos daCatafesta, Jadna2025-10-23T11:45:27Z2025-10-23T11:45:27Z2025-10-222025-08-14https://repositorio.ucs.br/11338/15056Lesões e defeitos ósseos frequentemente requerem materiais capazes de promover o reparo, a substituição ou a regeneração tecidual. Nesse contexto, os scaffolds cerâmicos surgiram como alternativas promissoras para mimetizar e substituir tecidos danificados, devido à sua biocompatibilidade e versatilidade estrutural. Para tanto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de scaffolds de alumina-zircônia produzidos por manufatura aditiva por extrusão de material (impressão 3D) e posteriormente infiltrados com biovidro (45S5). Os filamentos para a manufatura aditiva por extrusão de material foram obtidos em extrusora dupla-rosca pela mistura dos pós cerâmicos (55 % em massa) com o polímero polietileno de baixa densidade (45 % em massa). Para criar uma curva de degradação para remoção do polímero após a impressão, foi necessário realizar um ensaio de análise termogravimétrica. Os scaffolds produzidos e sinterizados foram submetidos à infiltração de biovidro e foram avaliados por meio de análises morfológicas e biológicas. Os processos de debinding (remoção do polímero) e sinterização resultaram em peças com tamanhos de poros internos entre 500 µm e 1 mm, com uma redução dimensional de cerca de 30 % que permitiu a infiltração do biovidro. Foi identificada a presença de Si, Ca e P em todas as misturas, elementos responsáveis por contribuir na resposta biológica. Os testes biológicos demonstraram que os scaffolds impressos, compostos de alumina, zircônia e uma combinação de ambas, com ou sem infiltração de biovidro, não apresentaram citotoxicidade significativa em fibroblastos epiteliais renais 3T3 ou VERO após 72 h. Dentre estes, o scaffold de alumina-zircônia infiltrado com biovidro destacou-se por aumentar a viabilidade e a proliferação celular em 72 h (~ 150 % de aumento). Também promoveu forte adesão celular e liberação de matriz extracelular após 5 dias, demonstrando biocompatibilidade superior e potencial atividade osteoindutora. Cabe destacar que, uma combinação de compósitos cerâmicos bioativos para a fabricação de scaffolds demonstrou forte potencial na promoção da regeneração tecidual, preservando a integridade do tecido hospedeiro, aspecto essencial para a prevenção de falhas clínicas. [resumo fornecido pelo autor]Bone injuries and defects often require materials capable of promoting tissue repair, replacement, or regeneration. In this context, ceramic scaffolds have emerged as promising alternatives for mimicking and replacing damaged tissues due to their biocompatibility and structural versatility. To this end, this work presents the development of alumina-zirconia scaffolds produced by additive manufacturing by material extrusion (3D printing) and subsequently infiltrated with bioglass (45S5). The filaments for additive manufacturing by material extrusion were obtained in a twin-screw extruder by mixing ceramic powders (55% by mass) with low-density polyethylene polymer (45% by mass). To create a degradation curve for polymer removal after printing, a thermogravimetric analysis test was necessary. The produced and sintered scaffolds were subjected to bioglass infiltration and evaluated through morphological and biological analyses. The debinding (polymer removal) and sintering processes resulted in parts with internal pore sizes between 500 µm and 1 mm, with a dimensional reduction of approximately 30%, allowing bioglass infiltration. The presence of Si, Ca, and P was identified in all mixtures, elements responsible for contributing to the biological response. Biological tests demonstrated that the printed scaffolds, composed of alumina, zirconia, and a combination of both, with or without bioglass infiltration, did not present significant cytotoxicity in 3T3 or VERO renal epithelial fibroblasts after 72 h. Among these, the alumina-zirconia scaffold infiltrated with bioglass stood out for increasing cell viability and proliferation at 72 h (~150% increase). It also promoted strong cell adhesion and extracellular matrix release after 5 days, demonstrating superior biocompatibility and potential osteoinductive activity. It is worth noting that a combination of bioactive ceramic composites for the manufacture of scaffolds demonstrated strong potential in promoting tissue regeneration, preserving the integrity of the host tissue, an essential aspect for the prevention of clinical failures. [resumo fornecido pelo autor]Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, CAPESengporBiomateriaisEngenharia tecidualOssosCiência dos materiaisBiomedical materialsTissue engineeringBonesMaterials scienceFabricação por manufatura aditiva de scaffolds cerâmicos porosos com infiltração de biovidro para uso biomédicoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UCSinstname:Universidade de Caxias do Sul (UCS)instacron:UCSinfo:eu-repo/semantics/openAccessUniversidade de Caxias do Sulhttp://lattes.cnpq.br/7225978702737332FACCIO, M.Doutorado em Engenharia e Ciência dos MateriaisZorzi, Janete EuniceCampus Universitário de Caxias do Sul2025-12-22ORIGINALTese Maira Faccio.pdfTese Maira Faccio.pdfapplication/pdf3219061https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/15056/1/Tese%20Maira%20Faccio.pdf3e29be0e1a62bd7905781f6ff7b7a40fMD51TEXTTese Maira Faccio.pdf.txtTese Maira Faccio.pdf.txtExtracted texttext/plain170595https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/15056/2/Tese%20Maira%20Faccio.pdf.txt80c28848b80e93bc45262638016b117fMD52THUMBNAILTese Maira Faccio.pdf.jpgTese Maira Faccio.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1274https://repositorio.ucs.br/xmlui/bitstream/11338/15056/3/Tese%20Maira%20Faccio.pdf.jpg90479a3086519497b04f8fc04358cb6aMD5311338/150562025-10-24 07:00:34.703oai:repositorio.ucs.br:11338/15056Repositório de Publicaçõeshttp://repositorio.ucs.br/oai/requestopendoar:2025-10-24T07:00:34Repositório Institucional da UCS - Universidade de Caxias do Sul (UCS)false
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