Orientador: Passos, Marcele Fonseca

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Na área dos materiais, um campo em crescente expansão é o desenvolvimento de hidrogéis poliméricos para aplicações biomédicas. Entre a grande classe de hidrogéis poliméricos estudados, o poli 2-hidróxi etil metacrilato (pHEMA) recebe especial atenção, devido a sua biocompatibilidade, alta...

Resumo: Na área dos materiais, um campo em crescente expansão é o desenvolvimento de hidrogéis poliméricos para aplicações biomédicas. Entre a grande classe de hidrogéis poliméricos estudados, o poli 2-hidróxi etil metacrilato (pHEMA) recebe especial atenção, devido a sua biocompatibilidade, alta hidrofilicidade e fácil preparação. Para aplicação como substituinte da cartilagem articular natural em próteses articulares, as quais, normalmente apresentam como principal componente (substrato) o polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM), a adesão do sistema (hidrogel - substrato) ainda é um parâmetro a ser avaliado. Modificações adequadas no material e considerações de projeto, no entanto, podem melhorar a aderência do conjunto, via embricamento mecânico. Dentro de um grupo multidisciplinar e em ascensão, Instituto Nacional de C&T em Biofabricação - BIOFABRIS, este projeto, teve como objetivo, desenvolver novos biomateriais, usando técnicas de engenharia para obtenção de dispositivos biomédicos (próteses e órteses ortopédicas). Foi desenvolvida uma tecnologia de biofabricação visando melhorar as propriedades mecânicas dos hidrogéis de pHEMA, bem como obter uma adesão adequada entre este polímero e a superfície articular artificial, a fim de minimizar o desgaste sofrido pelos componentes que constituem os dispositivos ortopédicos, um dos principais fatores que geram sua falência. Usando a técnica de biofabricação, foi possível obter hidrogéis de pHEMA desde a simulação do produto até a caracterização final, para aplicações específicas: cartilagem articular artificial, foco principal da dissertação; e, como cartilagem reconstrutiva, atuando como suporte ao crescimento de células (hidrogéis porosos). A avaliação do mecanismo de polimerização e reticulação do pHEMA, o calor específico e a condutividade térmica da solução do 2-hidróxi etil metacrilato (HEMA) foram obtidos via técnica de Calorimetria Exploratória Diferencial. Tais parâmetros serviram de subsídio para a simulação computacional, a qual permitiu estimar os parâmetros do processo de reticulação do pHEMA, como potência do laser a 30 W e tempo reacional de 120 segundos, na temperatura de 399 K. As propriedades térmicas, como temperatura de transição vítrea e degradação, apresentaram valores similares aos dados encontrados na literatura, na faixa de 109 e 118 ºC, e na faixa de 354 e 376 ºC, respectivamente. Os resultados obtidos do coeficiente de atrito do par tribológico PEUAPM-pHEMA apresentaram valores altos, contudo, a tecnologia de biofabricação desenvolvida neste projeto, mostrou-se uma importante ferramenta para a obtenção de biomateriais para aplicações diversificadas

Abstract: In the materials field, a rapidly expanding field is the development of polymeric hydrogels for biomedical applications. Among the large class of polymeric hydrogels studied, poly 2-hydroxy ethyl methacrylate (pHEMA) receives special attention. For application as replacements of natural...

Abstract: In the materials field, a rapidly expanding field is the development of polymeric hydrogels for biomedical applications. Among the large class of polymeric hydrogels studied, poly 2-hydroxy ethyl methacrylate (pHEMA) receives special attention. For application as replacements of natural articular cartilage in articular prostheses, which usually present as a main component (substrate) the polyethylene of ultra high molecular weight (UHMWPE), the adhesion of system (hydrogel - substrate) is still a parameter to be evaluated. Appropriate modifications in the material and design considerations, however, can improve the adhesion of the set by embrication mechanic. Within a multidisciplinary group and on the rise, National Institute of C & T in Biofabrication -BIOFABRIS, this project aims to develop new biomaterials using engineering techniques for obtaining biomedical devices (prostheses and orthoses, orthopedic). It was developed a technology aiming to both improve the mechanical properties of pHEMA hidrogel as well as to obtain proper adhesion between this polymer and the artificial articular surface in order to minimize the wear suffered by the components that constitute the orthopedic devices, one of the main factors that cause bankruptcy. Using the technique of biofabrication was possible to obtain hydrogels pHEMA from the simulation of the product until the final characterization, for specific applications: artificial articular cartilage, the main focus of the dissertation, and as a reconstructive cartilage, acting as a support cell growth (porous hydrogels). The evaluation of the mechanism of polymerization and crosslinking of pHEMA, the specific heat and thermal conductivity of the solution of 2-hydroxy ethyl methacrylate (HEMA) were obtained by the technique of Differential Scanning Calorimetry. These parameters served as input to the computer simulation, which allowed to estimate the process parameters of pHEMA crosslinking, such as laser power 30 W and the reaction time of 120 seconds at a temperature of 399 K. The thermal properties and glass transition temperature and degradation, showed values similar to those found in the literature, to know, in the range of 109 and 118 °C, and in the range of 354 and 376 °C, respectively. The obtained results of the friction coefficient for the tribological pair UHMWPE-pHEMA have demonstrated high values, however, the biofabrication technology developed in this project, was important a tool for obtaining biomaterials for different applications