Mimicking Intervertebral Disk Mechanical Properties with Functionally Graded Auxetic Composites

• Autor(a) principal: Almeida, Patrícia Lopes de
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10362/135341
• topic: Auxetic; Hydrogel; Mechanical Tests; IVD mimicking; NP mimicking; AF mimicking; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais

A degeneração de discos intervertebrais é um problema que afeta, atualmente, a população mundial. Apesar de a fusão espinal aparentar ser uma boa solução, a longo termo este problema apresenta novas complicações. Posto isto, é crucial estudar de forma aprofundada o comportamento mecânico dos discos intervertebrais, por forma a permitir inovação nos substitutos dos discos e em terapias para a regeneração dos mesmos, permitindo, assim, uma melhor qualidade de vida à população afetada. Assim, a presente dissertação pretende desenvolver estruturas compósitas que apresentem um gradiente de funcionalidade e um comportamento auxético, com o intuito de mimetizar as propriedades mecânicas do disco intervertebral e dos seus componentes, anulus fibroso e núcleo pulposo. Através do SolidworksTM foram moduladas diversas estruturas, inspiradas nas double elliptic-ring structure de Wang et al, as quais foram impressas através do método da deposição fundida e estereolitografia. Para estudar como o design afeta o comportamento mecânico das estruturas, estas foram moduladas com diferentes alinhamentos entre os anéis, assim como com geometrias diferentes. Às estruturas impressas e ao hidrogel foram efetuados ensaios de compressão e de fluência. Também se estudou o hidrogel através de ensaios de frequency-sweep e step-strain. Utilizaram-se métodos de elementos finitos no SolidworksTM, para obtenção do coeficiente de Poisson, das estruturas moduladas. Dos ensaios realizados verificou-se que o hidrogel se comporta como um gel, para a gama de frequências testadas, e que este exibe capacidade de se autorregenerar. Comprovou-se um comportamento auxético nas estruturas estudadas, assim como se verificou que o método de impressão mais adequado, para a impressão de estruturas complexas e altamente detalhadas, foi a estereolitografia. Por último, a capacidade de mimetizar o comportamento de cada componente do disco intervertebral foi alcançada, numa primeira aproximação.