Filamento pode ser utilizado em impressoras 3D comerciais
Por Wilson Galvão / Especial - UFRN
Uma nova tecnologia desenvolvida no Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais (PPGCEM) da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) busca ampliar as possibilidades da impressão 3D para aplicações biomédicas. A invenção propõe um filamento termoplástico desenvolvido especificamente para a produção de estruturas com diferentes escalas de porosidade e conectividade. Esse material é formado por uma matriz polimérica de ácido polilático (PLA), um agente químico, a azodicarbonamida (AZDN), e um agente sólido, o cloreto de sódio (NaCl).
A combinação dos componentes permite que a estrutura obtida por impressão 3D apresente poros em diferentes escalas, com canais interconectados que atravessam o material. Segundo Isaac de Santana Bezerra, um dos cientistas envolvidos, essa característica é especialmente relevante para aplicações em que a circulação de fluidos e a penetração celular são necessárias.
Potencial
A tecnologia pode ser aplicada, principalmente, na fabricação de scaffolds, estruturas utilizadas na engenharia de tecidos e na regeneração celular. A arquitetura porosa permite que células ocupem os espaços internos e que fluidos biológicos circulem pela estrutura, características importantes para o desenvolvimento de materiais destinados à regeneração de tecidos do corpo humano. Outra possibilidade é a produção de suportes capazes de realizar a liberação controlada de fármacos, disponibilizando substâncias de maneira gradual no organismo.
“Uma das grandes questões era conseguir uma porosidade que não ficasse restrita à superfície da peça. A proposta foi combinar mecanismos diferentes para que a formação dos poros acontecesse também no interior da estrutura, criando uma rede realmente interconectada”, explica Isaac Bezerra, responsável pelo desenvolvimento conceitual da tecnologia, formulação e extrusão dos filamentos, além da parametrização da impressão 3D.
Além do potencial biomédico, a proposta busca tornar o processo mais acessível, pois o filamento pode ser utilizado em impressoras 3D comerciais que empregam a tecnologia de fabricação por filamento fundido, sem a necessidade de modificações no equipamento. O pós-processamento também apresenta uma característica considerada importante pelos pesquisadores: a remoção do cloreto de sódio pode ser realizada sem o emprego de solventes orgânicos tóxicos.
Sinergia entre componentes
Isaac explica que outro diferencial dos filamentos está na possibilidade de controlar as características da estrutura por meio do próprio modelo de processamento. Ele pontua que a temperatura de impressão, as condições de fatiamento e outros parâmetros podem influenciar a densidade, o tamanho e a distribuição dos poros. “Dessa forma, a tecnologia pode ser adaptada de acordo com as características desejadas para cada aplicação”, frisa o hoje doutorando na UFRN.
Para Isaac, a integração desses mecanismos é um dos diferenciais. Segundo ele, somente a geometria produzida pela impressão 3D não é suficiente para reproduzir estruturas na escala necessária para determinadas aplicações biomédicas. A expansão por gás, isoladamente, pode produzir poros fechados, enquanto a utilização de sal como agente em uma estrutura densa pode dificultar a chegada da água às regiões internas. “A sinergia entre os componentes é o que permite superar esse problema. A expansão cria microcanais que favorecem a entrada da água, possibilitando a remoção do sal também no interior da peça e formando uma porosidade interconectada da superfície até o núcleo”, detalha.
Desenvolvimento da tecnologia
A invenção resulta de uma colaboração internacional entre pesquisadores da UFRN e um grupo de pesquisa da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), em Portugal. Fernando Jorge Lino Alves, pesquisador colaborador da iniciativa, salienta que a parceria amplia as possibilidades de desenvolvimento e caracterização da tecnologia. “A colaboração entre os grupos permite juntar competências diferentes, tanto na parte de processamento e manufatura avançada quanto na caracterização dos materiais. Essa interação entre Brasil e Portugal é muito importante para transformar uma ideia desenvolvida em laboratório em uma tecnologia que possa ser validada de forma mais completa”, afirma.
A invenção, intitulada Filamento para obtenção de estruturas poliméricas de porosidade tripla interconectada, seu método de produção e uso, teve seu depósito de pedido de patente realizado em agosto. Do seu desenvolvimento também participaram Edson Noriyuki Ito, professor da UFRN e responsável pela supervisão científica; Maria Elisabete Silva, pesquisadora e professora colaboradora da FEUP; Maria Francisca Rabaça Vaz, pesquisadora colaboradora da FEUP; Carlos Henrique Rodrigues Milfont e Igor Zumba Damasceno, que contribuíram para caracterizações de materiais, testes mecânicos e reológicos e suporte às formulações.
O grupo realça que, atualmente, a pesquisa avança para etapas de validação experimental, otimização das formulações e processamento de estruturas porosas. Já foram produzidos carretéis de filamentos com diferentes formulações, além de protótipos funcionais obtidos por impressão 3D. A tecnologia está em estágio de prova de conceito e validação laboratorial avançada, equivalente ao nível TRL 4, com formulações testadas, parâmetros de extrusão e impressão estabelecidos e confirmação da morfologia dos poros.
O depósito da patente representa, assim, não apenas a proteção da propriedade intelectual desenvolvida na universidade, mas também um passo para aproximar os resultados da pesquisa acadêmica de futuras aplicações tecnológicas e do mercado.
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