Programa de Pós-Graduação 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]
- Caracterização e estabilização de partículas de silicato de zircônio obtidas por moagem de alta energia(2025-06-27) Varela, Carla Bueno; Cruz, Robinson Carlos Dudley; Catafesta, Jadna; Plá Cid, Cristiani Campos; Camargo, Willian Ferreira
- Avaliação dos parâmetros de deposição de intercamada derivada de tetrametilsilano para a adesão de a-C:H em substratos de Ti6Al4V(2025-07-30) Goldbeck, Michael Cristian; Figueroa, Carlos Alejandro; Aguzzoli, Cesar; Trava-Airoldi, Vladimir Jesus; Boeira, Carla DanielaDiamond-like carbon (DLC) é um material constituído de carbono nas hibridizações sp2 e sp3, podendo conter ou não hidrogênio. Suas propriedades de baixo coeficiente de atrito, alta dureza e inércia química o tornam um material de interesse para aplicações tecnológicas. No entanto, a adesão de filmes de DLC em algumas ligas metálicas é prejudicada pela fraca força de ligação interfacial e a alta tensão residual do filme. Nesse caso, uma intercamada pode ser utilizada para contornar esse problema. A intercamada é um filme que vincula o DLC e o substrato, e tem a função de aumentar a força de ligação e reduzir a tensão residual do revestimento, aumentando a adesão. O objetivo da pesquisa atual foi buscar correlações entre os parâmetros de deposição, as propriedades do plasma, as propriedades físico-químicas da intercamada e adesão do filme de DLC, com ênfase na produção de filmes bem aderidos. Para a produção dos filmes, a técnica de deposição química de vapor assistida por plasma (PECVD) com confinamento eletrostático foi utilizada. Na câmara de deposição, substratos de Ti6Al4V foram submetidos a etching, deposição da intercamada de a-SiCx:H a partir de tetrametilsilano (TMS), e deposição do filme DLC. Na 1° série de amostras, os parâmetros alterados foram a presença de hidrogênio na etapa de etching e a temperatura de deposição da intercamada. Na 2° série de amostras, o parâmetro alterado foi o potencial elétrico aplicado na deposição da intercamada. Na 3° série de amostras, o parâmetro alterado foi a proporção de fluxos de Ar/H2 no etching. Em todas as etapas, o plasma foi monitorado por espectroscopia de emissão óptica (OES). A estrutura e morfologia dos filmes de DLC foram avaliados por espectroscopia Raman e microscopia óptica. A espessura dos filmes foi determinada por microscopia eletrônica de varredura com fonte por emissão de campo (FEG-SEM) e espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDS). As intercamadas de a SiCx:H foram avaliadas quimicamente por espectroscopia de emissão óptica por descarga luminescente (GDOES), espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS). A adesão dos filmes foi determinada por ensaios de riscamento e as trilhas foram analisadas por EDS. Os filmes de DLC depositados são do tipo carbono amorfo hidrogenado (a C:H). Uma maior temperatura de deposição da intercamada resultou em um menor conteúdo de oxigênio que foi associado à maior adesão do filme de a C:H. A tensão de deposição da intercamada afetou sua taxa de crescimento, de forma a produzir a intercamada mais espessa, com (344 ± 1) nm, ao aplicar 600 V. Esse fenômeno foi atribuído a dois mecanismos concorrentes: ionização/dissociação e re-sputtering. Altas tensões elétricas geraram intercamadas com mais carbono e menos silício. As concentrações de carbono e silício passaram de (44,83 ± 0,92) %at. e (41,74 ± 0,80) %at. em 400 V para (69,59 ± 0,70) %at. e (21,42 ± 0,61) %at. em 700 V, respectivamente. A tensão de deposição não provocou mudanças significativas na adesão dos filmes de a-C:H. Aumentar o fluxo relativo de H2 até 40 % no etching melhorou a adesão dos filmes de a-C:H. Em fluxos relativos maiores, a adesão é constante. Sugere-se que o hidrogênio atômico promoveu a eficiência da remoção de oxigênio na interface a-SiCx:H/Ti6Al4V, até que uma saturação fora alcançada. [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
- Avaliação da migração de metais e outros elementos provenientes de frigideiras para simulantes aquosos ácidos e gordurosos(2025-03-20) Tascheto, Leticia; Giovanela, Marcelo; Teixeira, Cristiano da Silva; Telli, Giovani Dambros; Michels, Alexandre FassiniA interação entre utensílios culinários e alimentos pode ser benéfica ou prejudicial à saúde, tornando indispensáveis estudos para garantir níveis seguros de exposição a elementos potencialmente tóxicos. Entre os materiais utilizados na fabricação desses utensílios estão o aço inoxidável, alumínio e ferro fundido, além de superfícies revestidas com polímeros, como o poli(tetrafluoroetileno) (PTFE), ou revestimentos cerâmicos. Nesse contexto, este trabalho teve por objetivo principal avaliar a interação de frigideiras confeccionadas com essas matérias-primas com simulantes de alimentos ácidos e gordurosos, com o intuito de verificar a conformidade com as exigências das legislações nacionais e realizar comparações entre os diferentes tipos de amostras analisadas. Para tanto, foram empregadas técnicas de caracterização e análise química, a fim de verificar a composição das frigideiras e quantificar os elementos que eventualmente poderiam migrar dessas amostras para simulantes alimentares, após testes de exposição. O estudo também analisou a influência do desgaste das frigideiras na migração de elementos para esses simulantes. De maneira geral, os resultados mostraram que todas as frigideiras analisadas atenderam aos limites de migração estabelecidos pela regulamentação brasileira, conforme os critérios da Agência de Vigilância Sanitária. Nos ensaios comparativos, nenhuma das amostras apresentou migração total acima do limite de detecção do método (21,89 mg/kg), antes ou após o desgaste. Em relação aos ensaios de migração específica, foram identificados os seguintes elementos: (i) Al, Cu, Cr e Fe na frigideira de aço inoxidável, com Fe apresentando a maior migração (1,96 mg/kg de simulante); (ii) Al, Cd, Cu, Fe e Mn na frigideira de alumínio, destacando-se Al, cuja migração alcançou 26,8 mg/kg de simulante; (iii) Al, Cd, Pb, Cu, Cr, Sn, Fe e Mn na frigideira de ferro fundido, sendo Fe o elemento de maior migração (6157,61 mg/kg de simulante); (iv) Al, Cd, Pb, Cu e Fe na frigideira de alumínio com revestimento polimérico de PTFE, com predominância de Al, (1,46 mg/kg de simulante); e (v) Al, Cd, Cu, Fe e Mn na frigideira de alumínio com revestimento cerâmico, sendo Al o elemento com maior migração (2,12 mg/kg de simulante). Como conclusão, foi possível verificar que estudos dessa natureza são essenciais para definir limites seguros de exposição diária a elementos potencialmente tóxicos, contribuindo para a mitigação de riscos à saúde pública e o aprimoramento dos critérios regulatórios aplicáveis a utensílios destinados ao contato com alimentos. [resumo fornecido pelo autor]
- Uso de aluminato de estrôncio dopado com európio e disprósio como marcador luminescente para detecção de resíduos de disparo de arma de fogo(2025-03-27) Tonin, Paulo Henrique; Silva, Sidnei Moura e; Figueroa, Carlos Alejandro; Crespo, Janaína da Silva; Dias, Lucas WeberA balística forense é uma área fundamental da ciência forense, dedicada à análise de evidências relacionadas ao uso de armas de fogo em atividades criminosas. Entre os aspectos investigados, destaca-se a detecção e caracterização dos resíduos de disparo, que podem fornecer informações valiosas sobre a arma utilizada, a distância do disparo e até mesmo a possível identidade do atirador. Métodos tradicionais de detecção, como espectroscopia e microscopia eletrônica de varredura, são amplamente empregados, mas apresentam desafios relacionados à sensibilidade, custo e acessibilidade das análises. Nesse sentido, o desenvolvimento de novas abordagens para a marcação e identificação desses resíduos tem sido um tema de crescente interesse na comunidade científica. Uma solução promissora envolve o uso de materiais luminescentes que possam ser visualizados sob iluminação específica, facilitando a detecção em campo sem a necessidade de equipamentos sofisticados. Dentre esses materiais, os aluminatos dopados com íons lantanídeos têm se destacado devido às suas propriedades fotoluminescentes, estabilidade térmica e resistência a condições ambientais adversas. Assim, este trabalho teve como objetivo principal investigar a viabilidade do uso de aluminato de estrôncio dopado com európio e disprósio como marcador luminescente para resíduos de disparo de armas de fogo. Para isso, inicialmente o composto foi caracterizado por Microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectroscopia por dispersão em energia de raios-X (MEV-EDS), difração a laser, difração de Raios X (DRX) e análise termogravimétrica, após foram testadas três concentrações do marcador (5%, 10% e 15%) para avaliar sua eficácia na detecção dos resíduos. Com base nos resultados o marcador apresentou um tamanho médio de partícula de 64,43 ?m, uma estrutura monocíclica e alta estabilidade a altas temperaturas. As análises por MEV-EDS demonstraram a presença do marcador nas superfícies de interesse, enquanto a iluminação UV permitiu a visualização clara do resíduo após os disparos. Os resultados indicam que a concentração de 15% apresenta a melhor performance em termos de adesão e persistência dos resíduos. Assim, os resultados deste trabalho indicam que o composto testado pode ser uma ferramenta promissora para investigação forense, permitindo a detecção rápida e precisa de resíduos de disparo. Paralelamente a este projeto foi elaborado um artigo de revisão focado nas principais técnicas de identificação de resíduos de disparo de arma de fogo. [resumo fornecido pelo autor]
- 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
- Elaboração de um modelo baseado em IFCs para o cálculo da energia livre da fase alfa-F2(2024-06-10) Cecconello, Ricardo; Perottoni, Cláudio Antônio; Martinotto, André Luis; Telli, Giovani Dambros; Rech, Giovani LuísO flúor é o elemento químico mais reativo da tabela periódica. Por isso, seu diagrama de fases é pouco explorado, tendo em vista a dificuldade de se realizar experimentos a diferentes pressões e temperaturas. Em pressão ambiente e temperaturas inferiores a 45 K, a fase mais estável do flúor é alfa-F2, um cristal monoclínico de base centrada e grupo espacial C2/c. Em pressões mais elevadas no limite atérmico, há indícios de uma transição de fase para uma estrutura ortorrômbica de base centrada e grupo espacial Cmce, que só foi explorada por meio de cálculos de primeiros princípios. A diferença de energia entre essas duas fases é muito pequena, chegando a ser inferior à exatidão dos métodos empregados para sua determinação. Com o objetivo de calcular a energia livre da fase C2/c de maneira mais acurada, este trabalho buscou uma abordagem para o cálculo dessa grandeza incorporando contribuições não-harmônicas da energia potencial à energia vibracional. A obtenção de constantes de força foi feita pelo método direto com a abordagem de supercelas. Foram explorados diferentes conjuntos de dados de deslocamentos e forças, por meio de padrão de deslocamentos e deslocamentos aleatórios. A determinação de fônons anarmônicos em função da temperatura foi feita pela teoria de fônons autoconsistente. Os cálculos DFT para a obtenção de forças interatômicas foram realizados com o funcional de troca e correlação meta-GGA r2SCAN com termo não-local rVV10, e com o funcional híbrido PBE0 com correção de Grimme. As frequências de vibração obtidas com r2SCAN+rVV10 foram mais elevadas que aquelas encontradas por outros pesquisadores por métodos de primeiros princípios e experimentais, o que indica que este funcional não é adequado na determinação das frequências de vibração dos modos intermoleculares do flúor. Com o funcional PBE0+Grimme foram encontradas frequências harmônicas condizentes com a literatura, embora os espectros anarmônicos tenham apresentado ramos negativos, indicando a necessidade de nova revisão. [resumo fornecido pelo autor]
- 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]