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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Manufatura aditiva baseada em extrusão de hidrogéis do sistema alginato/nanocelulose
Title Alternative: Additive manufacturing based on alginate/nanocellulose system hydrogels extrusion
Author: Pinto Junior, Eronildo Alves, 1990-
Advisor: D'Avila, Marcos Akira, 1972-
Abstract: Resumo: Hidrogéis são redes de polímeros reticulados com propriedades hidrofílicas. São materiais com capacidade de armazenamento de água, devido aos grupos funcionais hidrofílicos presentes na cadeia polimérica. Juntamente com os processos de manufatura aditiva (MA) as aplicações no campo biomédico são extensas. Estes materiais são usados para obter tintas e biotintas. Estes últimos são sistemas carregados com células. O estudo das propriedades reológicas desses materiais no contexto da MA desempenha um papel importante para definir a sua aplicabilidade. Nesta pesquisa, hidrogéis nanocompósitos em suspensão aquosa, formados por alginato e celulose nanocristalina (CNCs) foram estudados para impressão 3D baseada em extrusão visando à construção de scaffolds para aplicações em Engenharia de Tecidos. Interações eletrostáticas entre os CNCs e o alginato ocorrem na suspensão aquosa. Então, é possível obter hidrogéis com propriedades adequadas para MA como uma função da composição. Assim, analisou-se o comportamento reológico deste sistema, onde foram obtidos hidrogéis fisicamente reticulados de Alginato/CNCs. Os hidrogéis foram internamente reticulados por ligações iônicas, e a cinética de reticulação foi monitorada por meio do estudo do módulo de armazenamento (G¿) com o tempo. Os dados experimentais foram bem descritos quando comparados com o modelo da equação de Hill modificada, onde foi observado que o processo de reticulação interna é atrasada sob a presença de CNCs. Seguidamente, foi obtida uma tinta com prorpiedades adequadas para o processo de extrusão por meio de um procolo de obtenção e avaliação de tintas e biotintas. Um comportamento pseudoplástico descrito pelo modelo de lei das potências de Ostwald-de Waele foi obervado para altas concentrações de CNC. O teste de recuperação da viscosidade demonstrou uma recuperação rápida da estrutura, que não apresentou dependência da taxa de cisalhamento. Os testes de varredura de amplitude e frequência mostraram que a tinta com as propriedades reológicas adequadas para o processo de extrusão teve um comportamento viscoelástico do tipo sólido (solid-like). Em seguida, testes de impressão 3D foram realizados usando um sistema acionado por pistão. Composições adequadas para o processo de extrusão foram identificadas, os parâmetros de impressão foram estudados e scaffolds com diferentes números de camadas foram obtidos

Abstract: Hydrogels are networks of crosslinked polymers with hydrophilic properties. They are materials with water storage capacity, due to the hydrophilic functional groups present in the polymer chain. Together with additive manufacturing (AM) processes, applications in the biomedical field are extensive. These materials are used to obtain inks and bioinks. The latter are cell-loaded systems. The study of rheological properties of these materials in the context of AM plays an important role in defining their applicability. In this research, aqueous suspension nanocomposites of alginate and nanocrystalline cellulose (CNCs) were studied for extrusion-based 3D printing for constructing scaffolds for Tissue Engineering applications. Electrostatic interactions between CNCs and alginate occur in the aqueous suspension. Then, it is possible to obtain hydrogels with properties suitable for AM with specific composition. Thus, the rheological behavior of this system was studied, where physically crosslinked Alginate / CNC hydrogels were obtained. The hydrogels were internally crosslinked by ionic bonds, and the crosslinking kinetics was monitored by studying the storage modulus (G') over time. The experimental data were well described by a modified Hill equation, where it was observed that the internal crosslinking process is delayed under the presence of CNCs. Thereafter, an ink with properties suitable for the extrusion process was obtained by means of a procedure for the preparation and evaluation of inks and bioinks. A pseudoplastic behavior described by the Ostwald-de Waele power law model was observed for high concentrations of CNC. The viscosity recovery test presented a fast structure recovery with no shear rate dependence. The amplitude and frequency sweep tests have shown that the ink with rheological properties suitable for the extrusion process had a solid-like viscoelastic behavior. Then, 3D printing tests were performed using a piston driven system. Suitable compositions for the extrusion process were identified, the printing parameters were studied and scaffolds with different numbers of layers were obtained
Subject: Nanocristais de celulose
Alginatos
Impressão tridimensional
Pseudoplasticidade
Reticulação
Hidrogéis
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: PINTO JUNIOR, Eronildo Alves. Manufatura aditiva baseada em extrusão de hidrogéis do sistema alginato/nanocelulose. 2019. 1 recurso online (107 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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