Impressão de microgeometrias 3D para reforço de hidrogéis para regeneração da cartilagem

Abstract

O tecido cartilaginoso possui uma baixa capacidade de regeneração e por isso a necessidade de melhoramento da intervenção cirúrgica é essencial. Atualmente, os métodos usados são limitados devido a serem bastante invasivos e à baixa disponibilidade de dadores. Como forma de encontrar a solução ideal, a utilização de técnicas de fabrico aditivo combinadas com o uso de hidrogéis tem ganho força. Tendo em conta que a cartilagem aguenta cargas constantes, a maior preocupação é gerar um substituto que tenhas as propriedades similares à cartilagem. Neste âmbito, têm surgido diferentes reforços utilizando múltiplos tipos de microgeometrias 3D. Nesta dissertação foram estudadas diferentes estruturas de reforço, diferentes parâmetros de impressão, a sua caracterização mecânica e a influência do coeficiente de Poisson. O objetivo foi replicar as propriedades da cartilagem através da impressão de uma estrutura 3D utilizando o polímero poly(ε-caprolactone), conhecido como PCL. A estrutura escolhida tem o formato re-entrant honeycomb, significando que é uma estrutura auxética, ou seja, o seu coeficiente de Poisson é negativo.

Cartilaginous tissue has a low regeneration capacity and therefore the need for improved surgical intervention is essential. Currently, the methods used are limited due to being very invasive and the low availability of donors. As a way to find the optimal solution, the use of additive manufacturing techniques combined with the use of hydrogels has been gaining momentum. Since cartilage can withstand constant loads, the main concern is to generate a substitute that has properties similar to cartilage. In this framework, different reinforcements have emerged using multiple types of 3D microgeometries. In this dissertation different reinforcement structures, different printing parameters, their mechanical characterization and the influence of Poisson's coefficient were studied. The goal was to replicate the properties of cartilage by printing a 3D structure using the poly(ε-caprolactone) polymer, known as PCL. The structure chosen has the re-entrant honeycomb shape, meaning that it is an auxetic structure, meaning that its Poisson coefficient is negative.