Printabilidade de biotinta para processos de bioimpressão 3D por extrusão : abordagem de design e parâmetros de impressão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vaz, Gabriela Mendes da Rocha
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/43176
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Molecular, 2021.
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spelling Printabilidade de biotinta para processos de bioimpressão 3D por extrusão : abordagem de design e parâmetros de impressãoBiofabricaçãoBioimpressão 3DPrintabilidadeBiomaterialBiotintasModelagem CADMetodologia de Superfície de RespostaDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Molecular, 2021.A bioimpressão tridimensional (3D) é uma estratégia de biofabricação provinda da manufatura aditiva que permite a construção de estruturas 3D a partir da deposição controlada camada a camada de um volume determinado de biotintas. As biotintas são composições de biomateriais, em geral biopolímeros que apresentam características diversas em relação a propriedades reológicas como viscosidade, às quais é possível realizar a adição de células. Atualmente, na bioimpressão 3D por extrusão, muito tem se desenvolvido e pesquisado em relação ao aprimoramento das biotintas. Dentro desse contexto, surge o conceito de printabilidade que agrupa diversos parâmetros para caracterização e estabelece uma forma macro de avaliar a performance de uma biotinta em um processo de bioimpressão 3D. Na literatura, o conceito de printabilidade, apesar de ser comumente empregado, considera diferentes aspectos variando de trabalho a trabalho. Em geral, alguns parâmetros que são colocados como chaves no processo são: design do constructo, composição da biotinta e parâmetros da bioimpressão 3D. Em relação ao design do constructo, fatores como a orientação (vertical e horizontal), espaçamento (tamanho de poros), altura da camada, diferentes padrões de preenchimento e modelos computacionais que desafiem as biotintas de forma estrutural devem ser considerados a fim de analisar a printabilidade. Biotintas compostas por combinações entre polímeros têm se mostrado a escolha mais comum na área da biofabricação, uma vez que é possível combinar características e, com isso, alcançar resultados melhores. Por fim, os parâmetros de bioimpressão como calibre da agulha, pressão para extrusão e velocidade são também utilizados para avaliar a printabilidade. A motivação comum dos processos de bioimpressão 3D são as possíveis aplicações na medicina regenerativa e na engenharia tecidual, então, avaliar a viabilidade celular e a citocompatibilidade se tornam necessárias. De modo geral, na literatura existem diferentes abordagens para estabelecer a printabilidade e diferentes formas de caracterização já foram testadas. O objetivo desse estudo foi estabelecer um processo de caracterização da printabilidade de uma biotinta por meio de uma abordagem de design com o desenvolvimento de modelos CAD (Computer Aided Design) e pela aplicação de modelos matemáticos e estatísticos para otimização do processo de escolha de parâmetros. Os modelos CAD foram desenvolvidos de modo que possibilitassem a caracterização de estruturas quanto à forma após a bioimpressão. Uma sequência de modelos foi estabelecia de modo que em cada etapa fosse possível analisar um aspecto importante em relação à manutenção de forma em estruturas bioimpressas. Outros modelos foram criados como proposta de uma abordagem diferente em relação ao design de estruturas para a bioimpressão. Quanto aos parâmetros de bioimpressão, a otimização de três parâmetros (diâmetro da agulha, extrusion multiplier e velocidade de impressão) por meio da Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) utilizando o Composto Central foi conduzida em 4 bioimpressoras diferentes. A variável avaliada nessa metodologia foi a largura do filamento extrusado em relação ao diâmetro da agulha utilizada. A partir dos resultados, foi possível propor uma forma de acessar a printabilidade de modelos CAD e, por meio da MSR, estabelecer a significância ou não dos parâmetros estudados em relação à largura do filamento para cada bioimpressora, além de mostrar as variações entre diferentes máquinas. Conclui-se que a caracterização da printabilidade de biotintas utilizadas em processos de bioimpressão 3D tem se tornado uma etapa necessária quando se trata da técnica e diferentes propostas de métodos foram sugeridas a fim de acessar a printabilidade de uma biotinta nos processos de extrusão.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).Three-dimensional (3D) bioprinting is a biofabrication strategy from additive manufacturing that allows the construction of 3D structures through layer-by-layer bioink controlled volume deposition. Bioinks are composed of biopolymers that have different rheological properties such as viscosity, and to which it is possible to add cells. Currently, when it comes to extrusion 3D bioprinting, much has been developed and researched concerning the improvement of bioinks. Within this context, the concept of printability arises. Printability groups several parameters for characterization and establishes a macro way of evaluating the performance of a bioink in a 3D bioprinting process. In the literature, the concept of printability, despite being commonly used, considers different aspects varying from work to work. In general, some parameters that are key in the process are: construct design, bioink composition and 3D bioprinting parameters. Regarding the design of the construct, factors such as orientation (vertical and horizontal), spacing (pore size), layer height, different filling patterns and computational models that structurally challenge bioinks should be considered in order to analyze the printability. Bioinks composed of combinations between polymers have been shown to be the most common choice in biofabrication, since it is possible to combine characteristics and, therefore, achieve better results. Finally, bioprinting parameters such as needle diameter, extrusion pressure and speed are also used to assess printability. The common motivation of 3D bioprinting processes is the possible applications in regenerative medicine and tissue engineering, so evaluating cell viability and cytocompatibility becomes necessary. In general, in the literature there are different approaches to establish printability and different forms of characterization have already been tested. The aim of this study was to establish a process for characterizing the printability of a bioink through a design approach with the development of CAD (Computer Aided Design) models and through the application of mathematical and statistical models to optimize the process of parameter choices. The CAD models were developed in such a way as to enable the characterization of structures in terms of shape after bioprinting. A sequence of models was established so that at each step it was possible to analyze an important shape aspect of bioprinted structures. Other models were created as a proposal for a different approach to the design of structures for bioprinting. As for the bioprinting parameters, the optimization of three parameters (needle diameter, extrusion multiplier and printing speed) through the Surface Response Methodology (SRM) using the Central Composite was conducted in 4 different bioprinters. The variable evaluated in this methodology was the width of the extruded filament in relation to the diameter of the needle used. From the results, it was possible to propose a way to access printability through CAD models and, through SRM, establish the significance or not of the studied parameters in relation to the filament width for each bioprinter, in addition to showing the variation between different machines. Therefore, it is concluded that the characterization of the printability of bioinks used in 3D bioprinting processes has become a common step when it comes to the technique and different method proposals have been suggested in order to access the printability of a bioink in 3D bioprinting processes by extrusion.Silva, Luciano Paulino dagabimendvaz@gmail.comVaz, Gabriela Mendes da Rocha2022-03-29T19:15:25Z2022-03-29T19:15:25Z2022-05-292021-11-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfVAZ, Gabriela Mendes da Rocha. Printabilidade de biotinta para processos de bioimpressão 3D por extrusão: abordagem de design e parâmetros de impressão. 2021. 91 f., il. Dissertação (Mestrado em Biologia Molecular) — Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/43176A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2023-07-13T20:52:09Zoai:repositorio.unb.br:10482/43176Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2023-07-13T20:52:09Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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