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Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019. O câncer, considerado um enorme problema de saúde pública do Brasil, apresenta um crescimento anual de aproximadamente 600 mil novos casos da doença, e juntamente com as doenças cardiovasculares são as principais causas de morte do país. O câncer cervical (do colo do útero) é a terceira neoplasia mais incidente na população feminina brasileira, com estimativa de 16 casos a cada 100 mil mulheres em 2017. O câncer colorretal (de intestino) é outro tipo de câncer com grande ocorrência na população brasileira e mundial, podendo abranger as regiões do cólon, reto e apêndice e têm como origem lesões na superfície interna do tubo digestivo, conhecidos como pólipos adenomatosos. Nos casos de tratamento de câncer por quimioterapia, somente uma pequena porção do fluxo sanguíneo é direcionado ao tumor, fazendo com que apenas uma fração da dose do quimioterápico alcance a região afetada. O remanescente dessa dose é então distribuída por todo o restante de órgãos e tecidos saudáveis, ocasionando uma diversidade de efeitos colaterais. Neste trabalho, visando o tratamento quimioterápico para câncer cervical em estádios iniciais por implante com liberação de fármaco, foi desenvolvido Dispositivo Intrauterino (DIU) com a liberação controlada do quimioterápico Fluorouracila. Para o tratamento quimioterápico do câncer colorretal, esse trabalho investigou o desenvolvimento de uma malha (ou tela) retangular para posicionamento nas proximidades da região onde foi retirado o tumor, visando tratar as possíveis células doentes remanescentes e prevenir o retorno da doença. O presente trabalho estudou tanto as características de fabricação de filamentos dos polímeros Polietileno e Policaprolactona com Fluorouracila a serem usados na impressão 3D por extrusão de material, quanto dos dispositivos obtidos por esse método de manufatura aditiva. Por meio de análises de microscopia eletrônica, espectroscopia de infravermelho, analises térmicas, ensaios mecânicos, e testes de liberação do fármaco in vitro foram verificadas a influência das interações polímero/fármaco e dos parâmetros de processo no perfil de liberação do fármaco dos filamentos e dispositivos. A manufatura aditiva por extrusão de material de implantes com liberação controlada de Fluorouracila mostrou-se viável, nos quais os dispositivos apresentaram características morfológicas, térmicas e mecânicas que apontam para uma possível alternativa para aplicações nos tratamentos quimioterápicos de câncer de colo de útero e intestino. Abstract: Cancer is considered a huge public health issue in Brazil, presenting an annual growth of approximately 600 thousand new cases of the disease, and along with cardiovascular diseases are the main cause of death of the country. Cervical cancer is the third most common neoplasia in the Brazilian and worldwide female population with an estimative of 16 cases per 100 thousand women in 2017. Colorectal (bowel) cancer is another type of cancer with great occurrence in the Brazilian and worldwide population, and may affect the colon, rectum and appendix regions and are originated in lesions in the inner surface of the digestive tract, known as adenomatous polyps. In cases of cancer treatment by chemotherapy, only a small portion of the blood flow is directed to the tumor causing only a fraction of the dose of the medicine to reach the tumor region. The remaining of the dose is then distributed to all other healthy organs and tissues, what may cause a variety of side effects. In this study, an Intrauterine Device (IUD) with controlled release of the chemotherapeutic Fluorouracila was developed to assist the treatment of early stage cervical cancer. For the chemotherapy treatment of colorectal cancer, this study investigated the development of a rectangular mesh to position in the nearby regions where the tumor was removed, in order to treat the possible remaining sick cells and prevent the return of the disease. The present work studied the filament manufacturing characteristics of Polyethylene (PE) and Polycaprolactone (PCL) with Fluorouracila in order to be used in the 3D printing process of material extrusion, as well as the devices obtained by this additive manufacturing method. Through electron microscopy, infrared spectroscopy, thermal and mechanical analysis, and in vitro drug releasing testing, the influence of polymer/drug interactions and process parameters on the drug release profile of the filaments and devices were verified. The additive manufacturing by material extrusion of controlled release implants proved to be feasible where the devices presented morphological, thermal and mechanical characteristics that point to a possible alternative for applications in chemotherapy treatments for cervical and colorectal cancer.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2019. O desgaste e a sua geração de partículas são fatores críticos que diminuem o tempo de vida útil de próteses, usadas em cirurgias de artroplastia total de quadril. Um estudo mais aprofundado é essencial para um maior entendimento sobre o assunto. A inexistência de informações sobre a morfologia de partículas das diferentes próteses de quadril comercializados no Brasil, fez surgir a necessidade de estudar a morfologia das partículas geradas pelo atrito no par tribológico metal-polietileno testado em simulador de marcha humana. Portanto este estudo apresenta resultados do comportamento de desgaste de três diferentes pares tribológicos e a correlação com suas características físico-químicas, dimensionais e das embalagens dos componentes acetabulares, paralelamente foram pesquisadas as características superficiais encontradas nos componentes do par tribológico ao longo do ensaio e foi avaliado a morfologia das partículas de desgaste. Os resultados mostraram que o par tribológico formado pelo acetábulo do fabricante C apresentou melhores propriedades físico-químicas e dimensionais, além da sua embalagem ter proteção contra gases., resultando no par tribológico com a menor taxa de desgaste (61,0 mg/milhões de ciclos). Os fabricantes A e B apresentaram uma taxa de desgaste similar (78,5 e 82,1 mg/milhões de ciclos) mostrando a importância da utilização de embalagens com barreira contra gases para insertos acetabulares que utilizam radiação gama como processo de esterilização (fabricante B e C). Caso esse cuidado não seja tomado, o desgaste desse polietileno pode ser similar ao material esterilizado com óxido de etileno (fabricante A), o qual não apresenta nenhum grau de reticulação. O par tribológico do fabricante B apresentou ainda os piores resultados da análise dimensional o que também pode ter influenciado na maior taxa de desgaste. Também foram realizadas análises via microscopia ótica e microscopia eletrônica por varredura. Os resultados apontam as características superficiais dos componentes e os mecanismos de desgaste que são predominantes como sendo a adesão, fadiga e abrasão. A análise morfológica das partículas de desgaste mostrou uma predominância de partículas com morfologia fibrilar, esférica e globular com tamanhos inferiores a 10 µm. A análise via EDS possibilitou caracterizar as partículas como sendo de origem polimérica, sugerindo serem oriundas do desgaste do UHMWPE dos componentes acetabulares. Abstract : Wear and particle generation are critical factors that reduce the useful life of prostheses used in total hip arthroplasty surgeries. Further study is essential for a better understanding of the subject. The lack clear information on the particle of the different hip prostheses marketed in Brazil made it necessary to study the morphology of the particles generated by the friction in the metal-polyethylene tribological pair tested in a human simulator. Therefore, this study presents results of the wear behavior of three different tribological pairs and the correlation with their physicalchemical, dimensional and acetabular components packaging. At the same time, the surface characteristics found in the tribological pair components were investigated throughout the trial. the morphology of the wear particles was evaluated. The results showed that the tribological pair formed by the acetabulum of manufacturer C had better physico-chemical and dimensional properties, besides its packaging being protected against gases, resulting in the tribological pair with the lowest wear rate (61.0 mg / million cycles). Manufacturers A and B showed a similar ware rate (78.5 and 82.1 mg / million cycles) showing the importance of the use of gas barrier packages for acetabular inserts using gamma radiation as a sterilization process (manufacturer B and C). If this precaution haven't been taken, the wear of this polyethylene may be similar to the material sterilized with ethylene oxide (manufacturer A), which does not show any degree of crosslinking. The tribological pair of the manufacturer B presented the worst results of the dimensional analysis, which may also have influenced the higher wear rate. Analyzes were also performed through optical microscopy and scanning electron microscopy. The results indicate the superficial characteristics of the components and the mechanisms of wear that are predominant as adhesion, fatigue and abrasion. The morphological analysis of the wear particles showed a predominance of particles with fibrillar, spherical and globular morphology with sizes smaller than 10 µm. The EDS analysis made it possible to characterize the particles as being of polymer origin, suggesting that they originated from the UHMWPE wear of the acetabular components.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2018. Estruturas conhecidas como scaffolds podem ser fabricadas por diferentes técnicas de Manufatura Aditiva utilizando diversas matérias-primas, tais como polímeros sintéticos e naturais, bem como materiais inorgânicos. Para melhorar a bioatividade de compósitos de matriz polimérica, biocerâmicos podem ser incorporados nos scaffolds. Neste trabalho, empregou-se a sinterização seletiva a laser (SLS) para fabricar compósitos de matriz de polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM) com 5 ou 10% em peso de fosfato de cálcio monobásico mono-hidratado (CPMM) adicionado para regeneração do tecido ósseo. A gama de valores de porosidade obtidos para os scaffolds foi de 60 a 90% e a faixa de tamanho de poro observada por MEV foi de 20 a 100 µm. A tensão máxima de ruptura foi altamente dependente da porosidade, que por sua vez foi diretamente proporcional a quantidades crescentes de CPMM adicionado ao PEUAPM. Abstract : Scaffolds can be manufactured by different Additive Manufacturing techniques using diverse raw materials such as synthetic and natural polymers as well as inorganic materials. To improve the bioactivity of polymer matrix composites, nanostructured bioceramics may be incorporated into the scaffolds. In this work, selective laser sintering (SLS) was applied to manufacture a composite with a matrix of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) with 5 or 10 wt% added calcium phosphate monobasic monohidrate (CPMM) for bone tissue regeneration. The range of porosity values obtained for the scaffolds was 60 to 90%, and the pore size range observed by SEM was 20 to 100 µm. The ultimate strength was highly dependent on porosity, which was directly proportional to increasing amounts of CPMM added to UHMWPE.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. O polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE) é utilizado há pelo menos meio século como superfície articulante em implantes de substituição total de articulações. Apesar do sucesso reconhecido do procedimento, o desgaste do UHMWPE ainda é responsável por restringir a longevidade de juntas artificiais. Ao longo das últimas décadas, esforços para melhorar a resistência ao desgaste do UHMWPE resultaram em inúmeras técnicas de fabricação, esterilização e armazenamento. Os objetivos deste trabalho foram (i) investigar acetábulos de UHMWPE em uso no Brasil, por meio de análises físico-químicas, e (ii) correlacionar suas propriedades com seus processos de fabricação. Seis modelos de componente acetabular de UHMWPE foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho, calorimetria diferencial de varredura, ensaio de inchamento, microscopia ótica de transmissão e densidade. Os valores encontrados de índice de oxidação estão na faixa de 0,07 a 0,32. Os índices de trans-vinileno estão na faixa de 0,000 a 0,018. Foram observados valores de cristalinidade entre 58 e 67% e razões de inchamento entre 3 e 16. Foi demonstrado que o método de esterilização influencia tanto o teor de cristalinidade quanto o nível de reticulação. A degradação oxidativa foi associada à exposição ao oxigênio após radiação gama. Componentes irradiados apresentaram maiores temperaturas de fusão e lamelas cristalinas mais espessas. Apenas um modelo de acetábulo exibiu níveis de oxidação elevados e o fenômeno do envelhecimento em prateleira. Abstract : Ultra-high molecular weight polyethylenes (UHMWPE) have been utilized for over fifty years as bearing surfaces for total joint replacement procedures. Despite the renowned success of total joint arthroplasty, UHMWPE wear is still a major cause for revision surgeries and restricting the longevity of artificial joints. In the past few decades, efforts have been directed towards improving the wear resistance of UHMWPE components through processing, sterilization and packaging techniques. The objectives of this work were to: (i) investigate virgin UHMWPE acetabular components in current use in Brazil; and (ii) establish a correlation between their properties and processing. Six UHMWPE component models were characterized by means of infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, swelling test and optical transmission microscopy. Oxidation index values were found to range between 0,07 and 0,32. The trans-vinylene index values ranged from 0,000 to 0,018. Crystalline contents from 58 to 67% and swelling ratios between 3 and 16 were also observed. Sterilization method was demonstrated to influence percent crystallinity and crosslink content. Oxidative damage was associated with oxygen exposure after gamma irradiation. Irradiated components were also found to exhibit greater melting temperatures and thicker crystalline lamellae. Only one component model displayed elevated levels of oxidation and shelf-aging phenomena.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017. A artroplastia total de quadril é um procedimento cirúrgico que consiste em substituir a articulação do quadril por uma prótese artificial. O par tribológico que substitui a articulação humana pode ser composto por diferentes materiais, sendo que o par metal-polietileno de ultra alto peso molecular (do inglês ultra high molecular weight polyethylene, UHMWPE) é o mais utilizado. O desgaste e a geração de partículas de desgaste são fatores críticos que diminuem o tempo de vida útil dessas próteses, sendo essencial aprofundar seu entendimento. Assim, foi utilizado um simulador de marcha humana, para reproduzir as condições fisiológicas de uso das próteses totais de quadril, realizando um ensaio de desgaste dos componentes até dois milhões de ciclos em meio líquido. O ensaio foi realizado com base nas normas técnicas pertinentes. As amostras foram fornecidas por um fabricante de próteses nacional, sendo: cabeça femoral metálica de inoxidável (conforme a ASTM F138) e acetábulo de UHMWPE convencional, ambos com 28 mm de diâmetro. Com objetivo de avaliar o desgaste dos componentes, informações sobre a rugosidade, massa de desgaste e também imagens de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura, foram obtidas. Para avaliar as partículas geradas no desgaste, dois métodos para a digestão do fluido lubrificante utilizado foram avaliados, sendo o procedimento via ácido clorídrico selecionado para a análise e caracterização das partículas de desgaste. As partículas de desgaste foram divididas em três grupos, conforme suas características. O uso do EDS permitiu a análise química das partículas. Nas imagens adquiridas por microscopia, foi possível identificar características de desgaste no par tribológico que estão de acordo com a bibliografia relacionada. Verificou-se a presença de mecanismos de desgaste de abrasão, adesão e fadiga, possivelmente com concomitância dos mecanismos. Foi constatado que o fenômeno de orientação das cadeias do UHWMPE exerce grande influencia no desgaste e geração de partículas. Abstract : Total hip arthroplasty is a surgical procedure that may replace the entire hip joint with an artificial prosthesis. Different materials can be used as tribological pair to replace the human joint and the metal-UHMWPE (ultra-high molecular weight polyethylene) pair is the most widely used. Since wear and particles generation are critical factors that reduce life-time of these prostheses, it is essential to better understand it. A hip joint simulator was used to reproduce the physiological conditions from total hip prosthesis, performing a wear essay up to 2 million cycles. The related technical standards were considered, giving guidelines for performing the wear essay and the measurement methods. Samples were supplied by a national prosthesis manufacturer, a 28 mm stainless steel femoral head (according to ASTM F138) was paired with conventional UHMWPE acetabular linner. In order to evaluate the wear of the components, data from roughness, wear mass loss and also images of optical microscopy and scanning electron microscopy were acquired. Two methods for digestion of the lubricant fluid were evaluated, the procedure using hydrochloric acid was selected for the analysis and characterization of the wear particles. Wear particles were divided into three groups, according to their characteristics. The use of EDS allowed chemical analysis of particles. By the images acquired by microscopy, it was possible to identify wear characteristics in the tribological pair that are mentioned in related bibliography. Presence of abrasion, adhesion and fatigue wear mechanisms was identified, possibly these mecanisms occurred concurrently. It was observed that UHWMPE chain orientation phenomenon exerts influence on the wear and particle generation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2016. O cateterismo urinário é um procedimento amplamente utilizado na prática clínica devido a necessidade de controlar o débito urinário de pacientes com comprometimento desse sistema. Contudo, se trata de um procedimento invasivo, sua inserção pode ocasionar trauma mecânico e dor, bem como sua manutenção por longos períodos propiciar infecções bacterianas. Existem muitos estudos envolvendo o desenvolvimento de cateteres associados a agentes antimicrobianos, a fim de reduzir os índices de infecções do trato urinário associadas ao cateter. Entretanto, esse procedimento também gera um desconforto físico ao paciente, causando dor e podendo resultar na inflamação devido ao trauma de inserção. Nesse sentido, esse trabalho explorou a fabricação de estruturas tubulares através do método de extrusão, compostas por Polietileno de Alta Densidade (PEAD) e um anti-inflamatório, Ibuprofeno. As amostras foram desenvolvidas utilizando variáveis de processo como a temperatura de extrusão (150 e 160 °C) e velocidade de rotação da rosca (25 e 35rpm), ainda variando na adição de 0 e 10% de fármaco no sistema. Foram obtidos tubos com dimensões satisfatórias à aplicação proposta, a presença de fármaco provocou alterações na densificação da matriz. Para a condição de processamento de 160 °C houve uma maior fração de fármaco localizado na superfície dos tubos. A temperatura e presença do fármaco foram os fatores mais significativos nas alterações observadas para a cristalinidade. Nos ensaios mecânicos as amostras fabricadas com polímero puro apresentaram rigidez proporcional ao aumento de sua cristalinidade, para aquelas contendo Ibuprofeno, a distribuição do fármaco na matriz exerceu a maior influência na determinação do módulo de flexão e relaxações de cadeias observadas pela análise dinâmico mecânica. Avaliada a cinética de liberação do Ibuprofeno a partir dos tubos, se confirmou que parte do fármaco teve a tendência de se localizar nas áreas mais superficiais dos tubos. Fato que gerou uma rápida liberação inicial, sendo essa ainda determinada pela temperatura de processamento, quanto maior a temperatura aplicada maior a fração de fármaco localizada na superfície. Abstract : Urinary catheterization is a procedure widely used in clinical practice due to the need to monitor urine output in patients with system impairment. However, this is an invasive procedure; its inclusion can cause mechanical trauma and pain, as well as the maintenance for long periods can propitiate bacterial infections. There are many studies involving the development of catheters associated to antimicrobials agents in order to reduce infection rates associated to the urinary tract catheter. However, this procedure also generates physical discomfort to the patient, causing pain and it may result in inflammation due to insertion trauma. Thus, this study explored the manufacture of tubular structures by the extrusion method, consisting of High Density Polyethylene (HDPE) and an anti-inflammatory, Ibuprofen. The samples were developed using the process variables as the extrusion temperature (150 and 160 °C) and screw speed (25 and 35rpm), ranging in addition from 0 and 10% drug in the system. Tubes with satisfying dimensions to the proposed application were obtained. The presence of drug caused changes in matrix densification. Where for the processing condition of 160 ° C, it was noticed a larger fraction of the drug located on the pipe surface. Factors temperature and presence of drug were more significant in the changes observed for crystallinity. For mechanical testing, the samples manufactured from pure polymer had higher stiffness as greater was the crystallinity for the samples containing ibuprofen, the presence of the drug in the inner regions of the device exerted greater influence to the degree of crystallinity in determining the flexural modulus and relaxations chain observed by dynamic mechanical analysis. Ibuprofen release kinetics from the tubes was evaluated, this confirmed that part of the drug tended to be located in the most surface areas of the tubes. Which leads to a rapid initial release, this being also determined by the processing temperature, where the higher the temperature the greater the drug fraction located on the surface.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 A regeneração de nervos do sistema nervoso periférico é uma característica intrínseca dos organismos vivos. Contudo, alguns eventos decorrentes geralmente de traumas ocasionam lesões de maior intensidade impedindo que o organismo por si só consiga restaurar sua estrutura original. Neste sentido surgem as técnicas cirúrgicas desenvolvidas para auxiliar estes eventos e uma das mais usuais consiste na tubulização. Por meio desta, um tubo de pequeno diâmetro é inserido no espaço vazio gerado entre os nervos rompidos e tem suas extremidades suturadas ao próprio nervo. O presente trabalho procurou inovar no sentido de avaliar com maior profundidade a fabricação de tubos em polímero bioreabsorvível policaprolactona (PCL) pela técnica de extrusão, com a incorporação de dois fármacos de comportamento térmico distinto, o antibiótico Sulfadiazina de Prata (SAg) e o antiinflamatório Ibuprofeno (IBP). Buscou-se uma melhor compreensão do processamento dos tubos por extrusão utilizando métodos estatísticos como ferramenta. As amostras foram construídas seguindo um projeto estatístico fatorial completo com 3 e 2 diferentes níveis, explorando a temperatura do polímero, velocidade da rosca e ainda o percentual de fármaco inserido à PCL. Este percentual foi de 15% em peso e as velocidades e temperaturas utilizadas foram respectivamente (17, 20 e 23 rpm) e (120, 130 e 140 ºC). Para o sistema PCL/SAg foram obtidos tubos com boa densificação e superfícies pouco rugosas. Através da avaliação conjunta dos fatores experimentais e suas respostas nas análises, definiu-se para o sistema PCL/SAg, 20rpm/125 ºC e 13 % de fármaco como melhor combinação de parâmetros de processo visando à aplicação pretendida. Para o sistema PCL/IBP foram obtidos tubos levemente mais espessos e com maior rugosidade. Como melhor combinação de parâmetros sugere-se: 17rpm/135 ºC e 13% de fármaco. A produção de tubos a partir de material bioreabsorvível com fármacos por extrusão se mostrou viável para a aplicação na regeneração de nervos periféricos devido à estabilidade geométrica e reprodutibilidade alcançada. Abstract: The regeneration of peripheral nerves is an intrinsic characteristic of living organisms. However, some events usually resulting from trauma cause more intense lesions, impeding the body to restore its original structure by itself. In this sense, surgical techniques developed to support these events came out and one of the most common is the tubing. Through this technique, a tube of a small diameter is inserted in the empty space generated between the injured nerve and has its ends sutured to the nerve itself. Since there are many types of polymeric tubes for this purpose commercially available, this study sought to innovate in order to assess in greater depth the manufacture of tubes made by bioresorbable polymer polycaprolactone (PCL) through the melting extrusion technique, with the incorporation of two distinct thermal behavior drugs, the antibiotic Silver Sulfadiazine (SAg) and anti-inflammatory Ibuprofen (IBP). We sought a better understanding of the tube processing by extrusion using statistical methods. Samples were constructed following a statistical full factorial design with 3 and 2 different levels, exploiting the temperature of the polymer, the screw speed and also the percentage of drug added to the PCL. The percentage was 15 % by weight and temperatures and speeds used respectively were (17, 20, and 23 rpm) and (120, 130 and 140 ° C). For PCL/SAg system tubes with good densification and slightly rough surfaces were obtained. Through the joint evaluation of the experimental factors and responses, 20rpm/125 ºC and 13% of drug was defined as the best combination of process parameters aiming the intended application. For the PCL/IBP system, slightly thicker and higher roughness tubes were obtained. As a better combination it was suggest: 17rpm/135 ºC and 13 % of drug. Manufacturing of bioresordable/drugs tubes showed feasible due to dimensional estability and reproducibility achieved.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. Os stents são implantes médicos que tem evoluído bastante desde os metálicos só ou BRS (Bare metal stents), passando para os stents farmacológicos -DES (Drug eluting stents) de primeira e segunda geração, chegando até os que seriam os stents de terceira geração e que, uma das muitas alternativas que estão sendo pesquisadas são os stents poliméricos com e sem fármaco incorporado. A utilização de polímeros bioreabsorvíveis para a fabricação destes dispositivos médicos permite, além de cumprir uma função primária (no caso dos stents a desobstrução da artéria), controlar a liberação de um fármaco.Testar novas formas de fabricar esses implantes são desafios constantes na academia e na industria. Partindo disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade de fabricar uma geometria próxima à de um stent com e sem fármaco incorporado utilizando o processo de moldagem por injeção e projetando uma geometria adequada para a fabricação de um molde em duas cavidades e um núcleo. Por sua vez, usando técnicas de fabricação rápida usinaram-se dois moldes, o primeiro em resina epóxi, validando o projeto de molde, e o segundo em alumínio. Moldaram-se quatro configurações de stents, duas com fármaco e duas puras, usando um polímero bioestável (polietileno de baixa densidade - PEBD) e um bioreabsorvível ( policaprolactona - PCL). Além disso, foi analisada a morfologia dos stents moldados com diferentes equipamentos conseguindo observar a mistura do fármaco dentro da matriz polimérica, a qualidade superficial das peças injetadas e o comportamento mecânico dos stents quando submetidos a compressão entre duas placas. Finalmente, tendo avaliado positivamente a possibilidade de injetar esse tipo de peças, identificaram-se as principais dificuldades e sugeriram-se melhorias para futuros projetos de moldes e para o bom desempenho do processo de moldagem por injeção. Abstract : Stents are medical implants that have evolved greatly since the metallic only or BRS (bare metal stents), passing by pharmacological stents DES (Drug eluting stents) of first and second generation coming up who would be the third generation stent where one of the many alternatives that are being researched are the polymer stents with and without incorporated drug. The use of bioresorbable polymers for the manufacture of these medical devices allows, besides fulfilling a primary function (in the case of stent maintain patency of the artery), control the release of any drug. Find new ways to manufacture these implants are constant challenges in academic and in the industry fields. Starting from this, the objective of this study was to evaluate the feasibility of fabricating a geometry close to a stent with and without incorporated drug using the injection molding process and designing a suitable geometry for manufacturing a mold into two cavities and a core. In turn, using rapid manufacturing techniques were machined two molds, the first in epoxy resin, validating the mold design and the second of aluminum. Four stents configurations were molded, two with drug and two pure, using a biostable polymer (low density polyethylene - LDPE), and a bioresorbable (polycaprolactone - PCL). Furthermore, was examined the morphology of the molded stents with different equipment achieving observe the mixing drug within the polymer matrix, the surface quality of the molded parts and the mechanical behavior of the stent when subjected to compression between two plates. Finally, after a positive validation of the feasibility for injection molding of that kind of parts, were identified the main difficulties and have been suggested improvements for future molds designs and for the good performance of the injection molding process.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. Um dos desafios da indústria de fabricação de moldes para injeção de plásticos é obter produtos, com redução no tempo de desenvolvimento aliado ao baixo custo. As técnicas de prototipagem rápida e de fabricação rápida contemplam esses requisitos permitindo a inserção deste produto mais rapidamente no mercado. Nesse sentido, novas tecnologias associada a tendência de aumentar a fabricação de produtos customizados têm impulsionado o mercado que é cada vez mais exigente. Este trabalho explorou o uso de um molde híbrido (inserto fêmea em aço e inserto macho intercambiável em resina epóxi/fibras curtas de aço obtido pelo vazamento em vácuo de resina em um molde de silicone) e a adição de nanoargila na injeção de polipropileno isotático (iPP), sob diferentes condições de processamento. Foram injetados corpos de prova variando a temperatura do molde, a velocidade de injeção e quantidades de nanoargila oriundas da diluição do masterbatch comercial na matriz de iPP, pelo método de intercalação por fusão. A definição das condições de processamento foram estabelecidas baseada no planejamento experimental utilizando um delineamento central composto para os três fatores, totalizando quinze experimentos, através do software Statgraphics Centurion. Os corpos de prova foram caracterizados a partir de análises de microscopia ótica com luz polarizada (MOLP), difração de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC), reologia e análise dinâmico-mecânica (DMA). Os resultados mostraram que o módulo de flexão associado à rigidez do material apresentou um aumento significativo para a amostra PN 533, aproximadamente de 65%, quando comparado ao iPP puro (PP 331). Isso se deve principalmente ao efeito reforçante da nanoargila que foi comprovado pelo aumento do módulo de armazenamento (EÂ ) além da forte interação interfacial PP-nanoargila observada pela redução da altura do pico da tangente de perda (tan d), ambos via análise de DMA. Resultados de MOLP mostraram uma redução do tamanho e maior densidade dos esferulitos quando comparado ao iPP puro. A partir da técnica de DSC observou-se o efeito nucleante da nanoargila na matriz de iPP que foi acompanhado pelo aumento da temperatura de cristalização. O maior grau de cristalinidade foi observado exatamente para a amostra PN 533 que obteve elevado módulo de flexão, evidenciando uma relação de proporcionalidade entre ambos. A análise de DRX revelou o aparecimento de fase ? somente para determinadas condições específicas, em especial para a amostra PN 533. Assim, o maior módulo de flexão obtido para a amostra PN 533 pode estar associado ao efeito de reforço da nanoargila, elevada interação interfacial e maior cristalinidade além do surgimento da fase ?. Abstract : One of the challenges of manufacturing moulds for the plastics injection industry is to get them with reduction of the development time in addition to low cost. The techniques of rapid prototyping and rapid manufacturing may contribute to achieve those requirements allowing the faster insertion of the product in service. In this sense, the integration of new technologies in the mouldmaking chain tends to widen the availability of customized products in the market by satisfying the increasing demand of the customers. This work explored the use of a hybrid mould (cavity made in steel and interchangeable core in epoxy resin/short steel fiber composite obtained by vacuum casting of the resin composite into a silicone mould) and a compound of isotactic polypropylene (iPP) with nanoclay injection moulded using variable processing conditions. The specimen mouldings were produced by varying the temperature of the mould, the injection velocity and the amount of nanoclay coming from the dilution of the commercial masterbatch of iPP matrix by melt intercalation method. The definition of the processing conditions was established by experimental design using a central composite design for three factors accounting for a total of fifteen experiments. The specimens were characterized by optical microscopy with polarized light (MOLP), X-ray diffraction (XRD), differential scanning calorimetry (DSC), rheology and dynamic mechanical analysis (DMA). The results showed that the flexural modulus associated with rigidity of the material increased significantly to sample PN 533, approximately by 65%, when compared to pure iPP (PP 331). This improvement was mainly due to the reinforcing effect of the nanoclay which was also evidenced in the DMA analyses by the increase in the storage modulus (E') in addition to the strong PP-nanoclay interfacial interaction highlighted by the reduction of the peak height of the loss tangent (tan d) . MOLP results showed a reduction in size and an increased density of the spherulites compared to pure iPP. The DSC analyses showed that the nucleating effect of the nanoclay in the iPP matrix was accompanied by an increase in the crystallization temperature. The highest degree of crystallinity was observed in the ample PN 533 with higher flexural modulus, showing the direct relationship of proportionality between these two properties. The XRD analyses showed the appearance of only ? phase specific conditions particularly for the sample PN 533. Thus, the higher modulus obtained for the sample PN 533 may be associated with nanoclay enhancing effect, and high interfacial adhesion and crystallinity besides the appearance of the ? phase.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2009 Os materiais compósitos vêm, a cada dia, ganhando mais espaço dentro das indústrias, principalmente para aplicações de alto desempenho como aeroespaciais, militares e esportivas. Nos anos mais recentes, os materiais compósitos têm se revelado como um dos grupos de materiais tecnológicos mais interessantes. As razões da sua crescente utilização estão ligadas às suas propriedades características, tais como o seu baixo peso, a elevada resistência, rigidez, propriedades térmicas e elétricas. Para aplicações como molde de injeção na produção de protótipos ou peças e estruturas para a proteção eletromagnética de equipamentos, é necessário conhecer as características de usinabilidade do material compósito que está sendo utilizado. Isto ocorre porque, na grande maioria dos casos, é preciso realizar algum tipo de usinagem após o processo de vazamento ou injeção do molde. Visto que o processo de furação é um dos mais utilizados na indústria, essas peças precisam frequentemente de furos para junção mecânica, extração do material injetado e adição de macho, quando necessário. Por isso, tais furos requerem uma qualidade da superfície compatível com a necessidade que se propõe, caso contrário, podem levar à ruptura do molde pela propagação de trincas ou deformações e irregularidades na peça injetada. Dentro desta conjuntura, o presente trabalho propõe uma avaliação da usinabilidade e, sobretudo, da qualidade dos furos tanto na entrada quanto na saída de materiais compósitos de matriz polimérica (resina epóxi) com e sem carga metálica (pó de ferro) em ensaios de furação. Para a realização dos ensaios de furação, foi utilizada uma velocidade de avanço constante (0,3 mm), variando a velocidade de corte (50 - 100 m/min) e a quantidade de carga metálica no material compósito (0% - 10% - 30%). Brocas de metal-duro com geometria especial sem revestimento foram usada nos experimentos. Para efeito comparativo, também foi utilizada uma broca de aço-rápido convencional. A força de avanço e o torque foram monitorados durante os ensaios. A qualidade do furo foi analisada referente à rugosidade, marcas na parede do furo e arrancamento de carga metálica, bem como, lascamentos e rebarbas nas bordas do furo. Como resultado, pode-se verificar que, com o aumento da quantidade de carga metálica no material compósito, tanto o torque quanto a força de avanço tendem a aumentar. Na mesma direção segue a qualidade da superfície, onde os lascamentos na entrada e saída do furo foram reduzidos, tal como a rugosidade, esta última mais acentuadamente para o caso de 10% e 30% de carga metálica.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais A abertura de mercado para as empresas de fabricação de bens e serviços tem permitido um grande crescimento na área de processamento de materiais, onde produtos fabricados em materiais termoplásticos tomaram o lugar dos fabricados em materiais metálicos, tanto para produtos acabados como também na confecção de ferramentais protótipos. Estas ferramentas confeccionadas em materiais como o Epóxi pelo processo de Estereolitografia SL vem sendo utilizadas para a confecção de produtos pelo processo de moldagem por injeção. Exemplos como Poli (óxido de metileno) - POM, Polipropileno e Poliamida tem sido utilizados em experimentos utilizando esta técnica. Neste trabalho foi estudado o comportamento das amostras de poli (óxido de metileno) POM copolímero injetadas em molde SL utilizando técnica de fabricação rápida, confeccionado em resina HUNTSMAN 5260 pelo processo de estereolitografia, comparado com amostras injetadas em molde confeccionado em material metálico usinado. O comportamento das amostras foi estudado através de ensaios mecânicos, térmicos e de micrografia. Os experimentos mostraram que não houveram alterações no comportamento térmico dos moldes utilizando-se altos níveis de compactação pelo uso da pressão de recalque na moldagem por injeção do POM copolímero, sendo que as amostras obtidas em molde SL obtiveram maior grau de cristalinidade, porém com baixa estabilidade dimensional. As propriedades mecânicas das amostras injetadas em molde SL se mostraram com características de um material rígido e frágil, com níveis superiores aos encontrados nos experimentos com amostras injetadas em molde de aço. Nas amostras injetadas em molde SL verificou-se a existência de grandes cristais formados pelo efeito de resfriamento.

Dissertação [mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais, Florianópolis, 2013. Scaffolds compósitos foram produzidos e testados para a aplicação em cirurgias buco-maxilo-faciais para o reparo e a regeneração de ossos desta região. Para a produção destes scaffolds um biovidro (BG) osteocondutor foi sintetizado pelo processo sol-gel para ser utilizado como partícula dispersa osteocondutora em matriz polimérica de poli(L-co-D,L) ácido lático (PLDLA). Além da característica osteocondutora, o BG também auxilia no controle do pH do meio durante a degradação da matriz. Devido à maior facilidade de fabricação, a matriz polimérica favorece a obtenção de geometrias complexas, além de apresentar taxa de degradação compatível com a taxa de regeneração óssea. Os scaffolds compósitos foram produzidos por meio da técnica de sinterização seletiva a laser (SLS), a qual possibilita a fabricação de peças personalizadas. Em relação ao BG, análises de FTIR, DRX e ensaio de degradação foram realizados para observar a composição, avaliar a presença de fases cristalinas no biovidro e o comportamento de degradação do material quando imerso em SBF. Por meio do MEV foi observada a distribuição das partículas de BG na matriz de PLDLA e a camada de HCA (apatita carbonatada) formada na sua superfície após imersão em SBF. O polímero PLDLA foi caracterizado por meio de GPC, FTIR e RMN, sendo observadas a composição e estrutura do mesmo. Através da análise de DMA foram avaliadas as propriedades mecânicas do compósito (tensão de ruptura, módulo de flexão, módulo de armazenamento e tangente de perda). A presença de BG em valores superiores a 20%m diminuem a tensão de ruptura para menos de 15% do valor para o polímero puro e o módulo para menos de 31% do valor para o material puro. Entretanto, com 10% em massa de BG, a tensão de ruptura diminui 34% em relação ao polímero puro processado na SLS e o módulo aumenta 16% em relação ao material puro. Para os compósitos também foi realizado ensaio de degradação, observando o comportamento do pH, cujos valores se apresentaram estáveis após 15 dias de imersão em SBF. Foi realizado teste de citotoxicidade dos scaffolds, os quais se apresentaram como não citotóxicos. As análises realizadas indicaram características mecânicas e químicas desejadas em um biomaterial para aplicação na recuperação de fraturas ósseas