Desenvolvimento via impressão 3D de potenciais arcabouços ósseos utilizando hidrogéis de amido modificado por micro-ondas e tratamento superficial com plasma a frio

Resumo

No âmbito de impressão 3D de biomateriais, como de arcabouços ósseos, o desenvolvimento de tintas com altos níveis de capacidade de impressão e biocompatibilidade é desafiador devido à necessidade de equilibrar a processabilidade com a funcionalidade desses materiais. O amido tem se apresentado como um bom candidato para a confecção de biomateriais e seu uso em impressão 3D já tem sido reportado. No entanto, o amido nativo apresenta limitações, como inadequada reologia para processamento e características físicoquímicas desfavoráveis, como intumescimento e caráter hidrofílico, prejudicando sua funcionalidade. Para contornar essas limitações, modificações do amido nativo podem ser implementadas previamente à produção dos hidrogéis; a modificação física do amido é considerada simples, econômica e "verde", já que não necessita de solventes, sendo livre de resíduos. Dentre as modificações físicas, a via micro-ondas é categorizada como uma modificação térmica, cujo mecanismo é baseado na perda dielétrica. Os componentes elétricos e magnéticos das micro-ondas agem no material criando fricções e colisões das moléculas, convertendo energia eletromagnética em energia térmica, consequentemente, aquecendo o material. Quando comparado com outras modificações térmicas, o tratamento via micro-ondas apresenta vantagens como rapidez e alta eficiência. O efeito desta modificação nas características físico-químicas do amido, como morfologia do grão, cristalização e gelatinização já é estudado, e os resultados apresentam potencial aplicação na área de desenvolvimento de tintas. Neste estudo, a modificação será feita alterando parâmetros como tempo de tratamento e potência das micro-ondas, a fim de atingir a melhor funcionalização do amido para produção dos hidrogéis para uso na impressão 3D. Além disso, os arcabouços ósseos podem ter sua funcionalidade aprimorada após impressos. Assim, uma das formas é aplicar o tratamento com plasma a frio, para modificar a superfície do arcabouço, em termos de energia livre de superfície, rugosidade, adesão e hidrofobicidade. Diante disso, o objetivo principal deste projeto é realizar a impressão 3D de arcabouços ósseos utilizando hidrogéis de amido modificado via micro-ondas e realizar o tratamento via plasma frio na superfície dos arcabouços ósseos visando melhoria na 1 processabilidade das formulações e funcionalização dos potenciais biomatérias. As propriedades reológicas das formulações serão avaliadas e os arcabouços ósseos serão caracterizados em relação as suas propriedades mecânicas, morfológicas (superfície e porosidade), funcionais (biodegradabilidade, intumescimento) e biológicas (citotoxicidade e mineralização). Por fim, este estudo possibilitará avaliar o potencial de um pré-tratamento da matéria-prima de fonte natural combinado a um pós-tratamento do material impresso, aliando tecnologias inovadoras e sustentáveis para o desenvolvimento de novos biomateriais destinados à regeneração do tecido ósseo.