Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais
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Resultados da Pesquisa
- Fabricação por manufatura aditiva de scaffolds cerâmicos porosos com infiltração de biovidro para uso biomédico(2025-08-14) Faccio, Maíra; Catafesta, Jadna; Aguzzoli, Cesar; Berti, Lucas Freitas; Costa, Tânia Maria Haas; Silva, Thiago Barcellos daLesões 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]
- Development of additive manufacturing polymer resins with improved thermal conductivity for use in injection moulding hybrid tooling(2025-09-11) Moritz, Vicente Fróes; Crespo, Janaina Silva; Devine, Declan M.; Lyons, Sean G.; Demori, Renan; Geever, Joseph; Souza, Adriano Fagali de; Syed, Tofail
- Estudo das propriedades de revestimentos à base de nióbio e nanopartículas de prata para usos biomédicos e aeronáuticos(2025-06-30) Maddalozzo, Ana Elisa Dotta; Aguzzoli, Cesar; Vieira, Lucia; Michels, Alexandre Fassini; Catafesta, Jadna; Crespi, Ângela ElisaA engenharia de superfícies tem se consolidado como uma estratégia fundamental para aprimorar o desempenho de materiais em ambientes críticos, especialmente nos setores biomédico e aeronáutico, onde a resistência à corrosão, ao desgaste e à contaminação microbiana são requisitos essenciais. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar revestimentos à base de nióbio com incorporação de nanopartículas de prata, visando aplicações nos setores biomédico e aeronáutico. Os revestimentos de NbN e Nb2O5 foram obtidos por magnetron sputtering e posteriormente modificados por ion plating com íons de prata. Os resultados mostraram que os filmes apresentam propriedades físico-químicas e biológicas promissoras. Na área biomédica, os revestimentos demonstraram biocompatibilidade, resistência à corrosão e ao desgaste, atividade bactericida, sendo eficazes na prevenção de formação de biofilme sem apresentar citotoxicidade. No setor aeronáutico, os revestimentos mostraram boa resistência à corrosão em ambientes simulados, além de reduzirem a aderência de fungos. A pesquisa comprova a eficácia da engenharia de superfícies como abordagem sustentável e eficiente para mitigar corrosão, desgaste e contaminação microbiana em ambientes críticos. Estudos futuros poderão focar na avaliação em longo prazo e na viabilidade de escala industrial. [resumo fornecido pelo autor]
- Obtenção de um nanomaterial de cobre e TiO2 por Magnetron Sputtering com atividades fotocatalítica e antimicrobiana no espectro visível(2025-04-28) Lima, Michele Strey de; Michels, Alexandre Fassini; Aguzzoli, Cesar; Ely, Mariana Roesch; Jardim, Pedro Lovato Gomes; Pereira, Marcelo Barbalho
- Produção de fios e malhas para indústria têxtil a partir de poli(tereftalato de etileno) resíduo(2025-04-30) Torani, Daiane; Brandalise, Rosmary Nichele; Passos, Adriano Alves; Farias, Maria Cristina Moré; Santana, Ruth Marlene; Perondi, Daniele
- Obtenção de nanopartículas de óxido de cobre por síntese verde a partir do extrato de folhas de laranjeira e avaliação de sua ação antimicrobiana em filmes de látex de borracha natural(2025-04-29) Bortoluz, Jordana; Giovanela, Marcelo; Perottoni, Cláudio Antônio; Carli, Larissa Nardini; Guerra, Nayrim Brizuela; Ferreira, Suelem Daiane
- Development of polymeric biodegradable materials with optimised mechanical properties for the freeforming plastic deposition of ureteral stents(2024-12-11) Engler, Leonardo Galli; Devine, Declan M.; O`Cearbhaill, Eoin; Geever, Luke; Soares, Rosane Michele Duarte; Ely, Mariana RoeschMais de 1,5 milhão de stents ureterais são implantados globalmente a cada ano, entretanto, mais de 80% falham devido a complicações como refluxo ureterovesical, irritação tecidual e formação de biofilme cristalino infeccioso. Essas falhas resultam em dor e desconforto significativos para os pacientes, frequentemente exigindo reintervenções cirúrgicas, o que reduz ainda mais a qualidade de vida dos pacientes e aumenta os custos dos serviços de saúde. Embora a maioria dos stents comerciais seja fabricada a partir de polímeros não biodegradáveis (por exemplo, silicone ou poliuretano), períodos prolongados de permanência (superiores a quatro semanas) intensificam os riscos de incrustação mediada por biofilme, influenciada por fatores como o material do stent, comorbidades do paciente e composição da urina. Há uma necessidade crítica de desenvolver materiais biodegradáveis que mantenham o desempenho funcional durante o tratamento e se degradem de forma segura posteriormente, evitando assim procedimentos de remoção secundária e reduzindo complicações associadas ao biofilme. Para enfrentar essas limitações, esta pesquisa teve como objetivo projetar, fabricar e caracterizar um novo stent urinário biodegradável utilizando misturas de ácido polilático (PLA), polihidroxibutirato (PHB) e policaprolactona (PCL), modificadas com aditivos funcionais para melhorar o desempenho. Os aditivos investigados incluíram nanotubos de haloisita para reforço mecânico, nanopartículas de ZnO/Ag e SiO2/Ag pelas suas propriedades antimicrobianas, além de polietilenoglicol (PEG) e óleo de soja epoxidado (ESO) para efeito compatibilizante. Esses aditivos foram incorporados para aprimorar a miscibilidade das misturas, a eficácia antimicrobiana e a citocompatibilidade. A extrusão por fusão a quente (HME) foi empregada para processar as misturas, priorizando testes mecânicos voltados para a flexibilidade do material, uma propriedade crítica para a funcionalidade dos stents ureterais. Embora muitas formulações tenham apresentado desempenho mecânico insuficiente ou citotoxicidade, as formulações otimizadas que demonstraram maior flexibilidade foram selecionadas para desenvolvimento adicional. Essas formulações foram processadas via Arburg Plastic Freeforming (APF), uma tecnologia de impressão 3D de alta precisão que exigiu otimização meticulosa de parâmetros (temperatura da rosca e do bico, altura da camada, razão de aspecto das gotas, ângulo de deposição, taxa de descarga, entre outros) para garantir a precisão dimensional e a integridade estrutural das peças impressas. Por meio da APF, um novo design de stent foi prototipado, divergindo do tradicional stent duplo J introduzido por Finney em 1978, que ainda apresenta limitações como desconforto ao paciente devido à rigidez e ao ajuste anatômico inadequado. Estudos de degradação in vitro demonstraram que o novo stent se biodegrada dentro de seis a oito semanas em urina artificial, alinhando-se aos períodos clínicos relevantes de permanência. Durante as oito semanas, os stents biodegradáveis apresentaram degradação controlada, com redução significativa da incrustação em comparação com os stents comerciais, que exibiram incrustação completa já na quarta semana. A caracterização analítica por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES) confirmou que os depósitos de incrustação nos stents comerciais continham fosfato de cálcio, oxalato e estruvita. Em contrapartida, os stents biodegradáveis mantiveram alta viabilidade celular e biocompatibilidade, abordando diretamente as principais limitações dos modelos existentes. Testes comparativos contra stents comerciais de poliuretano demonstraram redução significativa na formação de biofilme e incrustação, validando seu potencial para mitigar complicações inerentes aos modelos atuais. Este estudo avança no desenvolvimento de stents ureterais biodegradáveis ao integrar materiais biodegradáveis avançados, manufatura aditiva para prototipagem rápida e um design centrado no paciente. Ao abordar as limitações dos stents duplo J atuais, como desconforto e recorrência de complicações, esta pesquisa estabelece as bases para avanços na área de desenvolvimento de stents ureterais, com o objetivo final de melhorar a qualidade de vida dos pacientes. [resumo fornecido pelo autor]
- Processamento na álcali-ativação da escória de alto-forno: efeito da granulometria e sua repercussão na água residual e na confiabilidade mecânica final(2024-12-10) Camargo, Willian Ferreira de; Cruz, Robinson Carlos Dudley; Martinez, Erich David Rodriguez; Matos, Paulo Ricardo de; Telli, Giovani Dambros; Webber, Jaíne
- Exploring the mechanical behavior of friction material composites using artificial intelligence(2024-12-11) Matté, Daniel; Perottoni, Cláudio Antônio; Masotti, Diego; Ramos, Gustavo Roberto; Corso, Leandro Luís; Farias, María Cristina MoréA aplicação de técnicas de inteligência artificial está se tornando cada vez mais valiosa para diversas áreas do conhecimento, pois permite extrair informações, prever padrões, trabalhar com problemas complexos e gerar soluções que não seriam alcançáveis por outras técnicas sem um custo computacional extremamente elevado ou então, inúmeras experimentos físicos, com altos custos de execução e que muitas vezes não alcançam o resultado desejado. Neste trabalho, a inteligência artificial (IA) foi utilizada para criar modelos matemáticos para quatro propriedades de compósitos de materiais de atrito a partir de um extenso banco de dados que contém a composição química e suas propriedades mecânicas. Foi proposto um algoritmo capaz de prever resultados mecânicos de materiais de atrito com base na composição química, otimizar uma composição existente e propor novas composições (até então inexistentes) com base nos valores desejados de cada propriedade mecânica. O algoritmo combina instruções baseadas em regras, redes neurais e otimização de enxame de partículas. Foram produzidas amostras físicas baseadas na previsão do algoritmo, que possibilitaram avaliar o poder preditivo dos modelos e entender melhor a necessidade de melhorias na ferramenta construída para previsão de novos materiais de atrito. Notavelmente, as redes neurais artificiais, uma vez treinadas, demonstraram um erro quadrático médio médio (RMSE) que foi 30,8 % menor em comparação com o uso de ajustes multilineares para prever novos resultados de composições anteriormente inexistentes. [resumo fornecido pelo autor]
- Aumento da atividade bactericida e virucida de partículas e de filmes compósitos de cobre sob influência de luz branca(2024-11-28) Schio, Aline Lucchesi; Figueroa, Carlos Alejandro; Echeverrigaray, Fernando Graniero; González, Sergio Yesid Gómez; Rigotto, Caroline; Delamare, Ana PaulaDiante da pandemia causada pelo novo coronavírus de Síndrome Respiratória Aguda Grave (SARS-CoV-2) no final de 2019, a linha de pesquisa em materiais virucidas foi impulsionada. Ainda, diante do crescente número de microrganismos resistentes a antibióticos e das constantes infecções associadas aos cuidados de saúde, a pesquisa por materiais e superfícies bactericidas também é crescente. O cobre (Cu) se destaca nesse contexto devido às suas propriedades biocidas intrínsecas. Ademais, por absorver luz na região do visível é um material fotoativo, uma propriedade ainda pouco estudada e reportada na literatura. Para preencher essa lacuna, o presente estudo avaliou as propriedades bactericidas de suspensões de partículas de cobre metálico em micro (CuMPs) e nanoescala (CuNPs), bem como de micropartículas de óxido de cobre (I) (Cu2OMPs), na ausência de luz e sob iluminação com luz branca, frente à Staphylococcus aureus e à Escherichia coli. Na sequência, as partículas foram incorporadas a uma matriz polimérica de álcool polivinílico (PVA), resultando em filmes compósitos, os quais foram avaliados contra as mesmas bactérias e o vírus envelopado da hepatite murina tipo 3 (MHV-3), utilizando as duas condições de iluminação. Por espectroscopia UV-Vis confirmou-se que as três partículas apresentam banda proibida na região visível do espectro. Pelas técnicas de DRX, FTIR e Raman, não foi observada a presença de agentes contaminantes e ou de oxidação, embora por XPS tenha sido observada a oxidação parcial da superfície das partículas. Pelas técnicas de micrografia, observou-se que as CuMPs e as Cu2OMPs apresentam um tamanho médio de 7,7 ± 5,6 (mi)m e 7,6 ± 3,9 (mi)m, respectivamente, enquanto as CuNPs encontram-se na faixa de 43 ± 12 nm. A fotoatividade bactericida contra S. aureus das suspensões de CuMPs e Cu2OMPs a 2,5 mg mL-1 foi significativamente superior sob iluminação por luz visível (7 log), apresentando aumentos de 66% e 37% (p < 0,05), respectivamente, em relação aos ensaios conduzidos no escuro. Os resultados possibilitam inferir que a fotoatividade desses materiais é dose-dependente. Quanto à suspensão de CuNPs na mesma concentração, conferiu-se a superioridade do material nanoparticulado, o qual subjuga a ação fotocatalítica, conferindo uma atividade bactericida tamanho-dependente. Frente à E. coli, as CuNPs apresentaram maior atividade, seguida das Cu2OMPs, que na concentração de 5 mg mL-1 reduziu em 3 unidades logarítmicas a carga bacteriana em ambas as condições de iluminação. Por fim, a suspensão de 10 mg mL-1 de CuMPs evidenciou uma redução logarítmica superior, passando de 3 para 8 log no ensaio sob iluminação (p < 0,001), indicando uma redução logarítmica 167% superior. Conferida a fotoatividade das partículas de cobre, foram sintetizados filmes compósitos por drop casting incorporando 2% m/v de partículas. Em 24 horas de exposição, tanto frente à S. aureus como à E. coli, os filmes apresentaram redução de 6 log das cargas bacterianas (redução acima de 99,9999%), resultados expressivos embora sem distinção entre as condições de iluminação. Nos ensaios com o vírus MHV-3, utilizando a linhagem de fibroblastos de camundongo L929, apenas o filme com as CuMPs, no ensaio sob iluminação, não apresentou efeito citopático, indicando fotoatividade virucida. Com a realização do ensaio ICC-RT-qPCR, verificou-se que o filme compósito promoveu uma redução de 43,1% da carga viral quanto iluminado por luz branca, enquanto no escuro, a redução foi de apenas 6,8%. Desse modo, foi conferida a obtenção de filmes compósitos fotoativos a partir da incorporação de micropartículas de cobre de baixo custo relativo e de uma técnica de deposição convencional. Com os resultados promissores, o estudo corrobora para o avanço das pesquisas relacionadas a materiais e superfícies com propriedades fotocatalíticas sob luz visível no combate à disseminação de patógenos. [resumo fornecido pelo autor]