Desenvolvimento de uma tinta sacrificial à base de peg ¿ laponita para obtenção de scaffolds cerâmicos por meio da técnica de robocasting

Autor: Santos, Karina Feliciano
Přispěvatelé: Santos, Claudinei Dos, Souza, Marina Trevelin, Daguano, Juliana Kelmy Macario Barboza, Rodas, Andrea Cecilia Dorion, Universidade Federal do ABC
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFABC
Universidade Federal do ABC (UFABC)
instacron:UFABC
Popis: Orientador(a): Prof(a). Dr(a). Juliana Kelmy Macario Barboza Daguano Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós Graduação em Engenharia Biomédica. São Bernardo do Campo, 2021 O Biosilicato® tem sido extensivamente investigado na regeneração dos tecidos ósseo e dentário, devido as suas excelentes propriedades bioativas e osteindutoras. Entretanto, a maioria dos estudos na obtenção de scaffolds desse biocerâmico utiliza-se de métodos com agentes que não possibilitam o controle seguro no tamanho de poros ou técnicas que demandam tempo, custo ou que são de difícil processamento. Como alternativa, o uso de técnicas da manufatura aditiva (MA) para obtenção de estruturas tridimensionais (3D) tem sido uma abordagem explorada como campo da Engenharia de Tecidos. Comumente, a técnica utilizada na obtenção de cerâmicas, conhecida como Robocasting, que utiliza como estratégia a impressão 3D baseada em extrusão, pode ser uma interessante alternativa. Assim, o uso de hidrogéis (redes poliméricas capazes de absorver e reter grande quantidade de água) oferecem o potencial para projetar scaffolds pela técnica de extrusão, devido ao seu comportamento pseudoplástico, característica não inerente aos materiais cerâmicos. Além disso, materiais como Laponita, um nanosilicato bidimensional, permitem o controle reológico de géis criando uma condição otimizada para impressão 3D. Desta forma, este trabalho teve por objetivo o estudo de hidrogéis desenvolvidos como tinta sacrificial para obtenção de scaffolds cerâmicos de Biosilicato® pela técnica de robocasting. Para isso, foram desenvolvidas tintas à base de Polietilenoglicol (PEG), com diferentes adições de Laponita, como modificador reológico. Inicialmente, avaliou-se o comportamento reológico dos géis precursores com diferentes teores de Laponita 5,0, 7,5 e 10% (m/m). A viscosidade da solução de PEG 80% (v/v) teve aumento com adição do nanosilicato, demonstrando comportamento pseudoplástico e tixotrópico, ideais para a impressão 3D. Em seguida, foram realizados testes de fidelidade de forma pela impressão de filamentos, para avaliar a composição com maior potencial para aplicação como tinta sacrificial a ser utilizada na obtenção da pasta cerâmica. Observou-se que a tinta contendo 7,5% (P7L) demonstrou resultados promissores sendo esta escolhida para o teste de conceito, isto é, o desenvolvimento de scaffolds impressos de Biosilicato® com teor de 70% (v/v) de carga cerâmica. As estruturas tridimensionais foram secas a 20 °C e sinterizadas a 900 °C por um período de 5h, de acordo com resultado de dilatometria óptica. As amostras obtidas nesse processo foram analisadas quanto à sua reologia, composição química por FTIR, microestrutura por MEV, fases cristalinas presentes por DRX, e quanto à sua citotoxicidade por meio de teste in vitro com fibroblastos (células NHI-3T3). Por fim, foi possível demonstrar a construção de scaffolds a partir da tinta P7L associada ao Biosilicato®, com boa fidelidade de forma, sendo que a tinta sacrificial foi removida por meio de tratamento térmico, sem comprometer a estrutura ou alterar a composição final do material. Em conclusão, o uso de géis de PL combinado com Biosilicato® mostrou-se promissora para a composição de uma tinta cerâmica visando a obtenção de estruturas 3D por robocasting, com potencial uso na regeneração de tecido ósseo. Biosilicate® has been extensively investigated in the regeneration of bone and dental tissue, due to its excellent bioactive and osteinductive properties. However, most studies to obtain scaffolds of this bioceramic use methods with agents that do not allow safe control of pore size, or techniques that demand time, cost or are difficult to process. As an alternative, the use of additive manufacturing (AM) techniques to obtain three-dimensional (3D) structures has been an approach explored as a field of tissue engineering. Commonly, the technique used to obtain ceramics, known as Robocasting, which uses extrusion-based 3D printing as a strategy, can be an interesting alternative. Thus, the use of hydrogels (polymeric networks capable of absorbing and retaining large amounts of water) offer the potential to design scaffolds using the extrusion technique, due to their pseudoplastic behavior, a characteristic not inherent to ceramic materials. Furthermore, materials such as Laponite, a twodimensional nanosilicate, allow the rheological control of gels creating an optimized condition for 3D printing. Thus, this work aimed to study hydrogels developed as sacrificiais ink to obtain Biosilicate ceramic scaffolds by the robocasting technique. For this, inks based on Polyethyleneglycol (PEG) were developed, with different additions of Laponite, as a rheological modifier. Initially, the rheological behavior of precursor gels with different levels of Laponite 5.0, 7.5 and 10% (m/m) was evaluated. The viscosity of the PEG 80% solution (v/v) increased with the addition of nanosilicate, demonstrating pseudoplastic and thixotropic behavior, ideal for 3D printing. Then, shape fidelity tests were carried out by printing filaments, to evaluate the composition with the greatest potential for application as a sacrificial ink to be used in obtaining the ceramic paste. It was observed that the ink containing 7.5% (P7L) showed promising results and was chosen for the concept test, that is, the development of printed scaffolds of Biosilicate® with 70% (v/v) ceramic filler content. The three-dimensional structures were dried at 20 °C and sintered at 900 °C for a period of 5 hours, according to optical dilatometry date. The samples obtained in this process were analyzed for their rheology, chemical composition by FTIR, microstructure by SEM, crystalline phases present by XRD, and for their cytotoxicity by means of an in vitro test with fibroblasts (3T3 cells). In summary, it was possible to demonstrate the construction of scaffolds from P7L ink associated with Biosilicate®, with good shape fidelity. The sacrificial ink was removed by means of heat treatment, without compromising the structure or changing the final composition of the material. Finally, the use of PL gels combined with Biosilicate proved to be promising for the composition of a ceramic ink aiming at obtaining 3D structures by robocasting, with potential use in bone tissue regeneration.
Databáze: OpenAIRE
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