Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10773/34079
Title: Minimalistic inorganic based approaches towards 3D printed biomaterials
Other Titles: Materiais inorgânicos minimalistas obtidos através de impressão 3D
Author: Medeiros, Maria Araújo
Advisor: Correia, Tiago Ruivo
Mano, João
Keywords: Hybrids
Minimal surfaces
3D printing
Tissue engineering
Defense Date: 10-Dec-2021
Abstract: With the advent of additive manufacturing (AM) technologies in the mid-1980s, many applications benefited from the faster processing of products without the need for specific tooling. However, the use of AM technologies in bone tissue engineering has been growing in recent years. Among the different technology options, three-dimensional printing (3DP) is becoming popular due to the ability to produce porous scaffolds with designed shape and interconnected porosity. Taking soap films as a source of inspiration, a promising and novel way of designing new materials with unique features based on minimum energy geometry of 3D printed models has been studied for the first time. Thus, the thesis work here presented focuses on fabrication of scaffolds based on the surface tension formed after immersing geometries in a surfactant solution. As a substitute for synthetic surfactants, chitosan (CH), a cationic polymer derived form marine crustaceans was used and modified with methacrylic groups (MA) in order to be light cured when mixed with a photoinitiator (LAP). The chitosan modification was confirmed by ¹H NMR and ATR-FTIR characterization techniques. In parallel, the silica precursor (TEOS) solution prepared by sol-gel chemistry was subsequently added to the methacrylated chitosan solution, thus obtaining a hybrid solution composed of organic and inorganic phases. The hybrid films were produced by immersing the 3D geometric models into the hybrid solution and subsequent photo- crosslinking. Different formulations of hybrid solutions (with different amounts of inorganic compound) were evaluated using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (EDS) techniques. In order to complement the characterization of the hybrid structures, they were also analyzed using fluorescence microscopy to verify the distribution of the inorganic component throughout the scaffold. It was also verified that the combination of an inorganic compound with an organic one improves the thermal decomposition behavior. As proof of concept, in vitro studies were carried out and the hybrid scaffolds produced in this work did not demonstrate the ability to form hydroxyapatite crystals on its surface when immersed in Simulated Body Fluid (SBF), however, presents a biocompatible profile when in contact with a standard cell line.
Com o aparecimento da tecnologia de fabricação aditiva (FA) em meados dos anos 80, muitas aplicações beneficiaram de um processamento mais rápido dos produtos sem a necessidade de ferramentas específicas. Contudo, a utilização das tecnologias de FA na Engenharia de Tecidos (ET) com destino à aplicação óssea tem vindo a crescer nos últimos anos. Entre as diferentes opções tecnológicas, a impressão tridimensional (3DP) está a tornar-se popular devido à capacidade de produzir scaffolds porosos com geometria definida e porosidade interligada. Tendo como fonte de inspiração os filmes de sabão, uma forma promissora e inovadora de conceber novos biomateriais com características únicas baseadas na geometria de energia mínima de vários modelos tridimensionais (3D) impressos foi pela primeira vez estudada. Desta forma, o trabalho de tese aqui apresentado centra-se na fabricação de scaffolds com base na tensão superficial formada após a imersão de geometrias numa solução de tensioativos. Como substituto dos tensioativos sintéticos, o quitosano (CH), um polímero catiónico derivado de crustáceos marinhos, foi utilizado e modificado com grupos metacrílicos (MA) a fim de ser foto reticulado quando misturado com um fotoiniciador (LAP). A modificação do quitosano foi confirmada pela técnica de caracterização ¹H NMR e ATR-FTIR. Paralelamente, a solução precursora de sílica (TEOS) preparada pelo método de sol-gel foi posteriormente adicionada à solução de quitosano metacrilado, obtendo-se assim uma solução híbrida composta por fases orgânica e inorgânica. Os filmes híbridos foram produzidos através da imersão dos modelos geométricos 3D na solução híbrida e subsequente foto reticulação. Diferentes formulações de soluções híbridas (com diferentes quantidades de composto inorgânico) foram avaliadas através das técnicas de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e espectroscopia de raios X (EDS). De forma a complementar a caracterização das estruturas híbridas, estas foram também analisadas recorrendo à microscopia de fluorescência para verificar a distribuição da componente inorgânica por todo o scaffold. Verificou-se ainda que a combinação de um composto inorgânico com um de carácter orgânico, melhora o comportamento de decomposição térmica. Como prova de conceito, foram efetuados estudos in vitro sendo que, os scaffolds híbridos produzidos neste trabalho não demonstraram capacidade para formar cristais de hidroxiapatita quando imersos em SBF (Simulação de Fluidos Corporais), contudo, apresentaram um perfil biocompatível quando em contacto com uma linha celular standard.
URI: http://hdl.handle.net/10773/34079
Appears in Collections:DCM - Dissertações de mestrado
UA - Dissertações de mestrado
DETI - Dissertações de mestrado
DFis - Dissertações de mestrado

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