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]
- 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
- Desenvolvimento e processamento de látex de borracha natural com propriedades antibacterianas para produção de luvas cosméticas para próteses de membros superiores(2023-12-14) Restelatto, Danielle; Crespo, Janaina da Silva; Nunes, Regina Celia Reis; Carli, Larissa Nardini; Guerra, Nayrim Brizuela; Roesch-Ely, MarianaAs amputações de membros superiores acontecem com frequência em todo o mundo e são causadas, principalmente, por traumas, como acidentes de trânsito ou como consequência de acidentes de trabalho. O desenvolvimento de tecnologias protéticas é uma necessidade crescente não só para auxiliar fisicamente os amputados, mas também como suporte psicológico ao resgatar características estéticas mais semelhantes ao membro faltante. As luvas cosméticas são uma cobertura para próteses de membros superiores utilizadas pelos pacientes visando maior conforto no convívio social, já que promovem características visuais semelhantes a uma mão biológica. Em vista disso, neste trabalho foram desenvolvidas formulações à base de látex de borracha natural com propriedades antibacterianas, através da adição de nanopartículas de prata (AgNPs) e óxido de zinco (ZnO), para a produção de luvas cosméticas que recobrirão próteses de membros superiores. A escolha da formulação mais adequada para a produção de luvas baseou-se na dispersão do aditivo na matriz de látex (utilizando MEV-EDS), resistência à tração e ao rasgamento, dureza Shore A, índice de inchamento em solventes utilizados para higiene (etanol 70% e água com detergente neutro), hidrofobicidade (ângulo de contato), durabilidade (envelhecimento acelerado) e inibição do crescimento bacteriano. Os resultados mostram que a sinergia entre a dispersão efetiva das AgNPs e a alta densidade de reticulação do látex de borracha natural promove propriedades mecânicas adequadas, como resistência à tração de até 20,7 MPa e resistência ao rasgamento de aproximadamente 40 kN.m-1, assim como boa resistência térmica, caráter próximo ao hidrofóbico (ângulo de contato de até 80,0°) e durabilidade mínima de dois anos sem perdas expressivas na resistência mecânica (suportando cargas de tração de até 9,7 MPa), propriedades importantes para a aplicação desejada. Na avaliação da efetividade da incorporação do aditivo antimicrobiano, os filmes de látex mostraram-se bactericidas para Escherichia coli e bacteriostáticos para a Staphylococcus aureus. Complementarmente, os parâmetros de processamento, via moldagem por imersão, para a produção das luvas cosméticas também foram avaliados e validados, visto que além das propriedades, a manufatura é outro fator importante para a escolha da formulação adequada. Conclui-se, portanto, que a produção das luvas pode ser realizada a partir de formulações e processamento adequados do látex de borracha natural e possui ampla aplicação na área de fabricação de luvas cosméticas. [resumo fornecido pelo autor]
- Poliuretanos fotoativos como estratégia de prevenção à resistência bacteriana(2022-06-22) Dall Agnol, Lucas; Bianchi, Otávio; Dias, Fernanda Trindade Gonzalez; Giovanela, Marcelo; Fiorio, Rudinei; Crespo, Janaina da Silva; Petzhold, Cesar LiberatoPontos quânticos de carbono (CQDs) são nanopartículas de carbono amorfo que apresentam algumas funcionalidades, tais como emissão de fluorescência e produção de oxigênio singlete (1O2). Porém, devido à elevada solubilidade em água, torna-se difícil revestir superfícies com esse material. Os poliuretanos à base de água (WPU, do inglês waterborne polyurethane) são atraentes como suportes poliméricos. A solubilidade do WPU em meio aquoso acelera a distribuição homogênea dos CQDs sobre a matriz polimérica, preservando assim sua fotoluminescência. Nesse contexto, esse estudo teve por objetivo o desenvolvimento de revestimentos fotoativos baseados em CQDs e WPU para aplicação na prevenção da formação de biofilmes bacterianos. A estratégia abordada baseia-se no fato das partículas de CQDs gerarem 1O2, capazes de conferir atividade antimicrobiana a materiais poliméricos com funções de revestimento. Os CQDs sintetizados via pirólise assistida por micro-ondas, utilizando ácido cítrico e etilenodiamina como fontes de carbono e nitrogênio, apresentaram uma morfologia esférica com tamanho médio de 10,6 ± 3,1 nm, grupos funcionais contendo oxigênio e nitrogênio em sua superfície e exibiram fotoluminescência em 460 nm com rendimento quântico de 63,2% sob excitação em 360 nm. Posteriormente, esses CQDs foram incorporados à síntese do WPU durante o processo de inversão de fase. Diferentes técnicas espectroscópicas e analíticas como espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise dinâmico-mecânica (DMA), reológica, térmica e mecânica, confirmaram as mudanças estruturais ocorridas na interação dos CQDs com o WPU. Os nanocompósitos WPU/CQDs apresentaram maior estabilidade físico-mecânica e estabilidade térmica quando comparada ao WPU puro, decorrente da interação das nanopartículas com a matriz de WPU. Os nanocompósitos exibiram transparência e elevada fotoluminescência que confirmou a eficiência da matriz polimérica na proteção das nanopartículas contra a extinção da fotoluminescência no estado sólido. Ademais, os nanocompósitos foram considerados geradores de 1O2 após irradiação por luz azul e não apresentaram citotoxicidade para células de fibroblastos murinos BALB/3T3 após 24 h de incubação. A avaliação da inativação fotodinâmica antibacteriana demonstrou eficácia contra Pseudomonas aeruginosa (Gramnegativo) após 24 h de iluminação, validando o potencial dos nanomateriais como revestimentos de superfície com propriedades fotodinâmicas antibacterianas. [resumo fornecido pelo autor]
- Desgaste microabrasivo de revestimento níquel-fósforo tratado termicamente aplicado sobre liga Cu-Be C17200(2022-05-17) Reis, Tiago Marcelo; Michels, Alexandre Fassini; Pereira, Marcelo Barbalho; Batalha, Gilmar Ferreira; Farias, Maria Cristina More; Zorzi, Janete EuniceAs ligas de cobre-berílio são amplamente utilizadas na fabricação de moldes de injeção de termoplásticos devido à sua alta condutividade térmica. Embora essas ligas possam ter endurecimento por precipitação em temperaturas entre 250 e 400 ºC, elas ainda exigem revestimentos de superfície para aumentar sua resistência à abrasão. No entanto, a aplicação destes revestimentos pode gerar envelhecimento excessivo sob faixas de temperatura de deposição específicas. Este fenômeno causa perda das propriedades mecânicas do substrato, inviabilizando algumas aplicações industriais, como, por exemplo: construção de postiços com alto índice de esbeltez e machos, e cavidades com regiões de fechamento estreitas para moldes de injeção. Este trabalho propõe uma solução para aumentar a resistência ao desgaste abrasivo da liga de cobre-berílio C17200 por meio de um revestimento químico de níquel-fósforo (NiP). A temperatura de 200 °C por 24 h, utilizada no tratamento térmico do revestimento, foi inferior à temperatura de envelhecimento do substrato. As durezas do revestimento e do substrato foram avaliadas medindo-se o perfil de microdureza da seção transversal após o tratamento térmico. A microestrutura, composição química e cristalinidade do revestimento foram caracterizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GD-OES) e difração de raios X (DRX), respectivamente. A resistência ao desgaste do sistema (revestimento-substrato) foi avaliada por meio de ensaio de microabrasão, perfilometria óptica e MEV. O revestimento NiP, combinado com o tratamento térmico, aumentou a dureza da superfície de 340 HV (liga não revestida) para uma média de 997 HV (liga revestida e tratada termicamente), mantendo a dureza do substrato. A aplicação deste revestimento reduziu o coeficiente de desgaste da ordem de 3,03 x 10-6 para 2,04 x 10-6 (mm³ N-1 mm -1). Todas as condições analisadas mostraram um mecanismo de desgaste microabrasivo misto com características de desgaste de rolamento e riscamento. [resumo fornecido pelo autor]
- Green synthesis of zinc oxide nanoparticles using Ilex paraguariensis leaves for application in antimicrobial polyelectrolyte biomaterials(2021-07-27) Bandeira, Marina; Crespo, Janaina da Silva; Devine, Declan M.; Ely, Mariana Roesch; Perottoni, Cláudio Antônio; Santos, Jacqueline Ferreira Leite; Nugent, Michael; Murray, PatrickThis research aims to develop and characterize antimicrobial polymer biomaterials containing zinc oxide nanoparticles (ZnONPs) obtained using Ilex paraguariensis (IP) leaf extract by green synthesis. The biomaterials were investigated for biomedical device coating and tissue regeneration applications, considering that infections are one of the major complications in this field. The biomaterials were synthesized using the polyelectrolytes polyallylamine hydrochloride (PAH) and polyacrylic acid (PAA) and characterized according to their morphology, composition, and antimicrobial activity. The green synthesis of ZnONPs was optimized by evaluating the influence of ethanolic and aqueous plant extract and the zinc source on the morphological properties of the nanomaterial. Overall, ZnONPs exhibited hexagonal crystalline structure while the size and shape varied depending on the extract and zinc salt used. The most uniform and smallest ZnONPs were obtained using ethanolic extract and zinc nitrate, being spherical in shape and with a diameter of ~18nm. An investigation of the mechanism route for the green synthesis indicated that the formation of ZnONPs occurred due to the complexation of Zn(II) ions by antioxidants compounds present in the IP extract and further thermal degradation of the complexes. Cytotoxic analysis showed that L929 cell viability decreased in a dosedependent manner for all ZnONPs samples. However, the nanomaterial with reduced size and uniform shape exhibited no cytotoxic effects up to a concentration of 10 µg mL-1 and was chosen to be incorporated in the polymeric biomaterials. Gram-positive bacteria were more vulnerable to the ZnONPs than Gram-negative, presenting a minimum inhibitory concentration of 45 µg mL-1, while the Gram-negative bacteria showed only 10% inhibition at the same concentration. The thin films were characterized according to their morphology, ZnONPs content, and antimicrobial activity. The film composition was found to be dependent on the PAH pH and the IPconcentration, where a more basic pH and lower IP extract concentration resulted in higher adsorption of ZnONPs, following a linear mathematical model. The thin films displayed no significant antimicrobial inhibition; however, many possibilities were addressed for this outcome. Conversely, the electrospun fibres containing ZnONPs presented a high antimicrobial activity against both S. aureus and E. coli bacteria strains, which is related to a higher content of ZnONPs. Also, morphological analysis of the fibre scaffold showed a three-dimensional structure formed by uniform fibres with a 230 nm diameter that mimics the extracellular matrix of natural tissue. Thus, ZnONPs were successfully synthesized using a green synthesis route and incorporated in two different biomaterials. While further studies need to be performed for the development of the thin film, the electrospun fibres showed promising properties for wound dressing applications. [resumo fornecido pelo autor]
- Entendimento químico da adesão de filmes de carbono amorfo em ligas ferrosas por meio de intercamadas contendo silício(2021-04-01) Boeira, Carla Daniela; Figueroa, Carlos Alejandro; Gasparin, Alexandre Luís; Aguzzoli, Cesar; Pereira, Marcelo Barbalho; Carvalho, Albano Augusto Cavaleiro Rodrigues de; Zorzi, Janete EuniceFilmes de carbono tipo diamante (DLC), mesmo com pesquisas sendo desenvolvidas ao longo de quatro décadas, possuem uso industrial restrito e impedem a aplicação massiva nos últimos anos devido à baixa adesão deste material em ligas ferrosas. A baixa adesão desses filmes é interpretada por mecanismos físicos e químicos distintos que contribuem para o processo de delaminação. Os mecanismos físicos referem-se a tensões residuais internas causadas pelo bombardeamento de íons e átomos durante o processo de deposição e, também, à diferença de coeficientes de expansão térmica do filme e substrato. Enquanto nos mecanismos químicos envolvem a afinidade química entre substrato e filme, o uso de intercamadas contendo silício melhora a adesão de filmes de carbono amorfo, pois reduz a diferença dos coeficientes de expansão térmica entre substrato e filme e auxiliam nas ligações químicas presentes nas interfaces filme/intercamada/substrato. Ligações químicas que promovem adesão como C-C e Si-C podem ser obtidas com a utilização destas intercamadas, mas um melhor entendimento da química da interface destes sistemas, levando em consideração a influência de elementos residuais como oxigênio na região se faz necessário. Elementos contaminantes, provenientes do precursor utilizado no processo de deposição da intercamada, ou até mesmo residual atmosférico do sistema de vácuo da câmara, como o oxigênio, podem reduzir esta afinidade química e consequentemente a adesão buscada. Estudos mostram resultados positivos para adesão em temperaturas acima de 300 °C, onde o oxigênio terminante de ligações é dessorvido, porém elevadas temperaturas podem inviabilizar a aplicação industrial destes filmes. Outros parâmetros de deposição destas intercamadas como tempo de deposição, tensões de polarização ou mesmo tratamento químico com auxílio de plasma podem também diminuir à presença de elementos como o oxigênio e otimizar, portanto, as temperaturas de deposição maiores ou igual a 85 °C. Neste estudo, dois diferentes sistema modelo foram propostos de modo a analisar a influência da estrutura química da intercamada contendo silício na adesão de filmes de carbono amorfo. Os diferentes sistemas modelam a influência do tratamento a plasma de nitrogênio em intercamada contendo silício e a influência da pressão de base em intercamadas de silício puro, visando a adesão dos filmes de carbono amorfo hidrogenado em ligas ferrosas. A microestrutura e a química dos sistemas filme/intercamada/substrato foram analisadas e, posteriormente, correlacionadas à adesão. As estruturas dos filmes de carbono amorfo foram analisadas por espectroscopia Raman. A composição química e ligações dos sistemas propostos contaram com investigações por microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GD-OES), por espectroscopia por transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). A adesão dos filmes foi avaliada através de testes regidos por normas internacionais, como Scotch test, Mercedes test e testes de esclerometria linear. Os sistemas estudados apontaram a melhor adesão dos filmes de carbono em sistemas onde foi verificada a menor presença de oxigênio nas interfaces da intercamada para ambos os modelos, o que concorda com trabalhos anteriores. O oxigênio, portanto, trata-se do principal elemento prejudicial à adesão. Foi proposto um modelo físico-químico que correlaciona à adesão a quantidade de oxigênio presente na deposição. Este modelo pode ser utilizado para adesão de filmes de carbono amorfo otimizando aplicações em processos industriais. [resumo fornecido pelo autor]
- Desenvolvimento de uma formulação elastomérica de EPDM para aplicação em temperaturas elevadas.(2017-12-01) Hermenegildo, Gislaine; Carli, Larissa Nardini; Mauler, Raquel Santos; Rocha, Tatiana Loiuse Avila de Campos; Andrade, Mara ZeniO objetivo deste trabalho foi a obtenção de uma formulação elastomérica à base de EPDM para aplicação em temperaturas elevadas. A influência de características como o teor de eteno, propeno, dieno e a viscosidade Mooney, a utilização de aditivos estabilizantes e diferentes sistemas de cura, e a variação do teor de carga e plastificante sobre a morfologia e propriedades físico-mecânicas e dinâmicas das formulações foram avaliadas. Partindo de uma formulação padrão para aplicação em temperaturas elevadas, a utilização de um elastômero de maior viscosidade Mooney apresentou melhores propriedades de torque mínimo, torque máximo, tensão na ruptura e deformação permanente à compressão. As formulações preparadas com aditivos estabilizantes não apresentaram melhoria na resistência ao envelhecimento térmico com base na avaliação da deformação permanente à compressão realizada a 70 °C e 120 °C. Comparando os sistemas de cura, a formulação curada através do sistema eficiente foi a que apresentou uma melhor combinação de resultados, inclusive de resistência ao envelhecimento térmico, em comparação às demais composições curadas através do sistema semi-eficiente ou por peróxido. O aprimoramento das propriedades foi em função de um maior predomínio de ligações cruzadas monossulfídicas que são termicamente mais estáveis do que as dissulfídicas e polissulfídicas. Por fim, a formulação com teores reduzidos de carga e plastificante apresentou melhor balanço de propriedades, com aumento na retenção de propriedades com o envelhecimento térmico e menor deformação permanente à compressão, sendo estas as principais características de interesse para a aplicação proposta.