Protótipos de poli (butileno adipato-co-tereftalato) construídos através da técnica de manufatura aditiva : influência da variação angular no desempenho mecânico e na viabilidade celular

Abstract

A arquitetura projetada para protótipos poliméricos tem se mostrado fundamental tanto na mimetização de tecidos e órgãos a serem reparados, quanto no seu desempenho mecânico durante o processo de regeneração do tecido. Dentre os materiais poliméricos empregados para processamento de biomateriais, nos últimos anos destaca-se o emprego de PBAT, polímero promissor devido a sua biodegradabilidade e processabilidade, a qual permite a construção de geometrias específicas através da manufatura aditiva. Considerando as características apontadas e o potencial deste biomaterial, foram impressos protótipos poliméricos com diferentes arquiteturas. Para tal, foram produzidas estruturas tridimensionais com configurações idêntica, mas com 6 (seis) variações de ângulo de deposição retilínea: 15º, 30º, 45º, 60º, 75º e 90º. Os arcabouços foram projetados com 60% de porosidade e apresentaram em média, 63% de porosidade após a impressão. Os ensaios mecânicos mostraram que há influência da arquitetura nos parâmetros de rigidez, alongamento e tensão máxima dos protótipos. Os ensaios de tração e compressão indicam maior resistência mecânica quando os filamentos apresentam ângulos menores (15°e 30º), demonstrando a influência do alinhamento dos filamentos em direção ao esforço empregado. Os resultados de termogravimetria (TGA) mostraram que a estabilidade térmica não foi alterada pelo reprocessamento térmico tampouco pela degradação hidrolítica. Através de análise de calorimetria exploratória diferencial (DSC) foi possível visualizar a variação de cristalinidade provocada pela hidrólise. As análises de Espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) mostraram que não houve alteração estrutural do polímero após o reprocessamento do material. A topografia e arquitetura estrutural dos arcabouços foi analisada por microscopia eletrônica de varredura (MEV), revelando uma superfície homogênea e a interconectividade entre filamentos. Seguindo orientações da norma ASTM F1635, foram realizados ensaios de degradação hidrolítica in vitro através da imersão dos arcabouços em tempos de 1, 2, 3 e 6 semanas em solução SBF. Neste período foi observado a perda de massa para todas as amostras de até 7,5%, com um aumento na rigidez e diminuição da força de ruptura, o que pode caracterizar início de degradação hidrolítica. Por fim, foram realizados ensaios biológicos através do teste de Sulforrodamina B (SRB) com parâmetros estabelecidos na norma ABNT ISO 10993, a qual mostraram a ausência de toxicidade do PBAT. Além disso, avaliou-se a influência das arquiteturas estudadas na adesão e proliferação de células fibroblásticas, o que mostrou o potencial destes arcabouços em cultivo celular.

The architecture designed for polymeric prototypes has shown to be fundamental both in the mimicking of tissues and organs to be repaired, and in their mechanical performance during the process of tissue regeneration. Among the polymeric materials used for processing biomaterials, in recent years the use of PBAT, a promising polymer due to its biodegradability and processability, which allows the construction of specific geometries through additive manufacturing, stands out. Considering the characteristics pointed out and the potential of this biomaterial, polymeric prototypes with different architectures were printed. For this, three-dimensional structures with identical configurations were produced, but with six (6) variations of rectilinear deposition angle: 15º, 30º, 45º, 60º, 75º and 90º. The frameworks were designed with 60% porosity and presented an average of 63% porosity after printing. The mechanical tests showed that there is an influence of the architecture on the parameters of stiffness, elongation and maximum stress of the prototypes. The tensile and compression tests indicate greater mechanical resistance when the filaments present smaller angles (15°and 30°), demonstrating the influence of the alignment of the filaments in the direction of the stress employed. The results of thermogravimetry (TGA) showed that the thermal stability was not altered by thermal reprocessing nor by hydrolytic degradation. Through differential exploratory calorimetry (DSC) analysis it was possible to visualize the crystallinity variation caused by the hydrolysis. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis showed that there was no structural change in the polymer after the reprocessing of the material. The topography and structural architecture of the frameworks was analyzed by scanning electron microscopy (SEM), revealing a homogeneous surface and interconnectivity between filaments. Following the guidelines of ASTM F1635, in vitro hydrolytic degradation tests were performed by immersing the moulds in SBF solution for 1, 2, 3 and 6 weeks. In this period it was observed a loss of mass for all samples of up to 7.5%, with an increase in stiffness and decrease in breaking strength, which may characterize the beginning of hydrolytic degradation. Finally, biological tests were performed through the Sulforrodamine B test (SRB) with parameters established in the ABNT ISO 10993 standard, which showed the absence of PBAT toxicity. Furthermore, the influence of the studied architectures on fibroblast cell adhesion and proliferation was evaluated, which showed the potential of these frameworks in cell culture.