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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.75.2023.tde-12092023-152558
Document
Author
Full name
Thiago Nunes Palhares
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Cavalheiro, Carla Cristina Schmitt (President)
Maniglia, Bianca Chieregato
Michel, Ricardo Cunha
Piperni, Sara Gemini
Silva, Jorge Vicente Lopes da
Title in Portuguese
Desenvolvimento de resinas compósito para impressão 3D por fotopolimerização aplicada à engenharia tecidual
Keywords in Portuguese
engenharia tecidual
fotopolimerização
impressão 3D
policaprolactona
silanização
Abstract in Portuguese
A impressão 3D tem sido amplamente utilizada na engenharia tecidual para criar implantes com diferentes formatos, tamanhos e propriedades mecânicas. Neste contexto, a impressão 3D pode ser utilizada para a fabricação de arcabouços, que são estruturas tridimensionais que servem como suporte para o crescimento de células e tecidos. Nesta tese, foi desenvolvida resina compósito fotopolimerizável de policaprolactona (PCL) funcionalizadas por grupamentos metacrilato. A escolha deste polímero se deve pelo fato de ser classificado como biocompatível e bioabsorvível. Estas características são potencializadas pela adição de cargas biocerâmicas, como a hidroxiapatita (HAp) que, também, promove a bioatividade em tecidos ósseos e dentários. Ainda, a superfície de HAp foi funcionalizada com 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTES), permitindo maior interação da matriz polimérica e a carga inorgânica. Assim, a partir desta resina compósito investigou-se as propriedades mecânicas e físico-químicas, molhabilidade, biocompatibilidade, adesão celular e indução de produção de matriz extracelular. Para a impressão 3D, as peças apresentaram boa definição e imprimibilidade. A resina com as melhores propriedades mecânicas foi obtida com uma carga de 10% (m/m) de HAp-Si (PCLMA10S), resultando em melhorias significativas em relação à resina pura (PCLMA). O módulo de Young aumentou para 71,1 ± 2,1 MPa (+30,7%), a resistência à compressão para 269,4 ± 35,0 MPa (+81,9%) e a deformação na ruptura para 52,7 ± 1,1% (+11,2%). Além disso, um estudo foi realizado para avaliar a porosidade e a arquitetura da estrutura impressa. Os resultados demonstraram uma boa qualidade, reprodutibilidade e capacidade de impressão de arcabouço giroide com porosidade de 78,3% e tamanho de poro de aproximadamente 0,66 mm quando o absorvedor de luz foi adicionado à resina (PCLMA10SOr). Portanto, a resina desenvolvida mostrou ser adequada para impressão 3D por fotopolimerização e apresenta características promissoras para aplicações na engenharia tecidual.
Title in English
Development of composite resins for 3D printing by photopolymerization applied to tissue engineering
Keywords in English
3D printing
photopolymerization
polycaprolactone
silanization
tissue engineering
Abstract in English
3D printing has been widely used in tissue engineering to create implants with different shapes, sizes, and mechanical properties. In this context, 3D printing can be used to manufacture scaffolds, which are three-dimensional structures that serve as a support for cell and tissue growth. In this thesis, a photopolymerizable composite resin of polycaprolactone (PCL) functionalized with methacrylate groups was developed. The choice of this polymer is due to its classification as biocompatible and bioabsorbable. These characteristics are enhanced by the addition of bioceramic fillers, such as hydroxyapatite (HAp), which also promotes bioactivity in bone and dental tissues. Furthermore, the surface of HAp was functionalized with 3- aminopropyltrimethoxysilane (APTES), allowing for a greater interaction between the polymer matrix and the inorganic filler. Thus, this composite resin was investigated for its mechanical and physicochemical properties, wettability, biocompatibility, cell adhesion, and induction of extracellular matrix production. For 3D printing, the parts exhibited good definition and printability. The resin with the best mechanical properties was obtained with a 10% (w/w) loading of HAp-Si (PCLMA10S), resulting in significant improvements compared to the pure resin (PCLMA). The Young's modulus increased to 71.1 ± 2.1 MPa (+30.7%), the compressive strength to 269.4 ± 35.0 MPa (+81.9%), and the fracture strain to 52.7 ± 1.1% (+11.2%). Additionally, a study was conducted to evaluate the porosity and architecture of the printed structure. The results demonstrated good quality, reproducibility, and the ability to print a giroide scaffold with a porosity of 78.3% and a pore size of approximately 0.66 mm when a light absorber was added to the resin (PCLMA10SOr). Therefore, the developed resin has shown to be suitable for 3D printing by photopolymerization and exhibits promising characteristics for tissue engineering applications.
 
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Publishing Date
2023-09-13
 
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