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Title: Um estudo exploratório de duas técnicas de fabricação de scaffolds de colágeno : microfluídica e sonicação.
Authors: Carvalho, Vinicius de Abreu e
metadata.dc.contributor.advisor: Cardoso, Antônio Valadão
Keywords: Colágeno
Processos de fabricação
Bioengenharia
Issue Date: 2015
Citation: CARVALHO, Vinicius de Abreu e. Um estudo exploratório de duas técnicas de fabricação de scaffolds de colágeno: microfluídica e sonicação. 2015. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2015.
Abstract: O uso de materiais de origem biologica possui varias vantagens sobre o uso de materiais sinteticos no contexto da Medicina Regenerativa e da Engenharia de Tecidos. A complexidade quimica e nanoestrutural desses materiais produz efeitos notaveis de incentivo a proliferacao celular e ao crescimento tissular. Alem do material propriamente dito, a microgeometria do substrato em que celulas sao cultivadas tem grande importancia nos mecanismos de proliferacao, mobilidade e diferenciacao celular, o que e de suma importancia para o desenvolvimento dos tecidos. O controle da geometria e desejavel para a que se possa influenciar, ainda que indiretamente, as propriedades dos tecidos cultivados. Foi estudada a influencia da viscosidade de solucoes polimericas de colageno – um biomaterial amplamente usado na Engenharia de Tecidos – na eficiencia da tecnica de fabricacao de scaffolds atraves do emprego de dispositivos microfluidicos. Foram preparadas solucoes de colageno bovino de tipo I em Acido Acetico e essas amostras foram caracterizadas quanto a concentracao e pH. Variacoes de tais amostras foram fabricadas – de concentracao 2%, 7%, 15% e 30%, e de pH variando entre 1 e 10 – e foram executados ensaios reologicos de medicao de viscosidade por taxa de cisalhamento constante em viscosimetro de cone?placa. Foi observada uma intensa variacao na viscosidade entre as amostras de concentracoes diferentes, mas mais especialmente pronunciada entre as amostras de 15% e 30%. Nas amostras em que o pH foi modificado tambem foi observado aumento de viscosidade, ainda que menos intenso que o detectado no ensaio com variacao na concentracao. O aumento de viscosidade ocorreu especialmente na faixa de pH entre 4 e 5, sendo esses os valores de pH em que o material se mostra mais morfologicamente estavel. Foram explorados tambem metodos e materiais variados na fabricacao de dispositivos microfluidicos, visando reduzir o custo de implementacao dessas ferramentas tao versateis. Foi possivel concluir que a resolucao de fabricacao necessaria para que o dispositivo trabalhe em regime microfluidico e mais facilmente alcancavel do que e deduzivel pela literatura, porem o controle de fluxo dentro dos canais requer bombas e reguladores de pressao de alta resolucao, o que faz com que os custos de operacao da tecnica ainda sejam relativamente elevados. Adicionalmente, foi desenvolvida uma tecnica de fabricacao de espumas por sonicacao e reticulacao rapida, e os scaffolds resultantes foram analisados por microscopia eletronica quanto a morfologia, interconexao e dimensoes dos poros. A concentracao de surfactantes na solucao sonicada tambem foi considerada. Os resultados evidenciam que a sonicacao permite um controle menor da morfologia do que a tecnica microfluidica, porem consegue um controle maior do que outras tecnicas de baixo custo, evidenciando uma relacao custo beneficio superior.
metadata.dc.description.abstracten: The use of biological materials has several advantages over the use of synthetic materials in the field of Regenerative Medicine and Tissue Engineering. In addition to compatibility and a smaller chance of rejection of biomaterials, the chemical and nanostructural complexity of these materials produce remarkable effects to stimulate cell proliferation and tissue growth. In addition to the actual material, the microgeometry of the substrate in which cells are grown is very important in the proliferation, mobility and cell differentiation mechanisms, which is of paramount importance for the development of tissues. Controlling the geometry is desirable to be able to influence, though indirectly, the properties of the cultured tissue. In the present work were studied the influence of the viscosity of polymer solutions based on collagen a widely used biomaterial in tissue engineering – in the efficiency of the scaffold manufacturing technique by employing microfluidic devices. Type I bovine collagen solutions were made in Acetic Acid and these samples were characterized in regards to concentration and pH. Variations of such samples were produced versions of concentration 2%, 7%, 15% and 30%, and pH ranging between 1 and 10 and rheological tests were performed for the measurement of viscosity at constant shear rate in a viscometer of the cone plate kind. A strong variation in viscosity between samples of different concentrations, but especially pronounced between the samples of 15% and 30%, was observed. In the samples of varying pH was observed a viscosity increase, although less intense than what was detected on the varying concentration test. The increase happens especially in the pH range between 4 and 5, these being the pH in which the material possesses its greatest morphological stability. Varied methods and materials were explored in the manufacture of microfluidic devices in order to reduce the cost of implementation of these very versatile tools. It was concluded that the manufacturing resolution necessary for the device to work on microfluidic regimen is more easily attainable than is deductible by the literature, but the flow control within the channels requires pumps and high resolution pressure regulators, which keep the technical operating costs still relatively high. Additionally, a technique for making foams by sonication and rapid crosslinking was developed and the resulting scaffolds were analyzed by electron microscopy for morphology, pore size and interconnection analysis. The concentration of surfactant in the sonicated solution was also taken into account. The results show that the sonication allows a lesser control of the morphology when compared with the microfluidic technique, but achieves a greater control than other low cost techniques, meaning a higher cost benefit ratio.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/6396
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 02/02/2016 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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