Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis
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Navegando Engenharia de Materiais e Nanotecnologia - Dissertações - EE Higienópolis por Orientador "Castro e Silva, Cecilia de Carvalho"
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- DissertaçãoDesenvolvimento de nanocompósitos para impressão 3D visando à fabricação de dispositivos médicos resistentes às bactérias de ambientes hospitalaresBozzo, Stella Bruno (2024-08-22)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A presença de bactérias em ambientes hospitalares pode provocar quadros de infecções, prejudicando o tratamento dos pacientes e em muitos casos, podem causar infecções generalizadas, levando os pacientes a óbito. Neste sentido é muito importante desenvolver dispositivos médicos resistentes ao desenvolvimento de biofilmes bacterianos. Com base no exposto acima, este trabalho se dispõe a realizar o preparo de nanopartículas de prata (AgNPs) in-situ em resinas poliméricas biocompatíveis, visando à impressão 3D (via estereolitografia) de materiais resistentes à formação de biofilmes da bactéria gram-negativa Pseudomonas aeruginosa com duas cepas distintas: Pa01 e Pa17. Para complementar o estudo, também foi examinada a atividade antibacteriana dos nanocompósitos (Resina_AgNPs) preparados frente às bactérias Staphylococcus aureus e Escherichia coli.Foi avaliada a incorporação de diferentes concentrações de íons Ag+ nas resinas poliméricas, (75, 125, 250, 500 e 1000 ppm) objetivando à formação de AgNPs. A efetividade da formação das AgNPs na resina polimérica (adição) para impressão 3D foi avaliada via espectroscopia de absorção na região do Ultravioleta-Visível, antes e após a impressão dos corpos de prova, onde foi observado uma absorção máxima em um comprimento de onda de 420 nm. Os corpos de prova do nanocompósito formado R_AgNPs foram caracterizados em relação às suas propriedades mecânicas, por testes microbiológicos, liberação de íons Ag+ por 24 horas e citotóxicos. Foi realizada Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier para identificar a composição química da resina biocompatível,sendo obtido polimetilmetacrilato (PMMA). Os ensaios mecânicos demostraram que a incorporarão de AgNPs na resina de impressão 3D, causa uma pequena perda à resistência a tração, sendo esta mais pronunciada na amostra contendo R_AgNPs5 com 27,28 ± 2,17 MPa. Há aumento da zona elástica nas amostras com AgNPs. Os testes microbiológicos mostraram que o nanocompósito R_AgNPs5, em contato com a suspensão bacteriana para as bactérias Pseudomonas aeruginosa cepas PaO1 e Pa17, apresentou propriedade bacteriostática, liberando [Ag+] 5,02 ± 0,38 μg/mL. As amostras R_AgNPs3 ([Ag+] 1,39± 0,52 μg/mL), R_AgNPs4 ([Ag+] 2,42 ± 0,36 μg/mL) e R_AgNPs5 ([Ag+] 5,02 ±0,38 μg/mL) apresentaram para S. aureus efeito bactericida e R_AgNPs2 ([Ag+] 1,36 ± 0,20 μg/mL) efeito bacteriostático. Para E. coli, as amostras R_AgNPs4 e R_AgNPs5 efeito bactericida e a amostra R_AgNPs3 efeito bacteriostático. O teste de citotoxicidade indicou toxicidade do solvente álcool isopropílico utilizado para a homogenização do AgNO3. O teste de liberação de íons Ag+ apresentou maior liberação em amostras com concentrações maiores de prata. Estes resultados demonstram que o nanocompósito resina-AgNPs preparado apresentou elevado potencial para ser empregado na impressão 3D, por estereolitografia, com propriedades bactericidas. - DissertaçãoDispositivos microfluídicos: uma nova ferramenta para preparação de fibras de grafeno e derivadosRocha, Jaqueline Falchi da (2020-07-15)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
Due to the distinctive mechanical, optic, thermal and electric properties of graphene, it has been gaining global attention from a lot of researchers for the development of nanofibers, which present superior properties with respect to the carbon fibers, with the higher values reported of tensile strength and Young modulus, 130 GPa and 1,1 TPa, respectively. However, the biggest challenge resides in preparing the graphene fibers in a scalable way, in a continuous manner and maintaining its unique properties. In this regard, it is crucial the development of new technologies to surpass these difficulties. In this way, the present work shows the employment of 3D flow focalization of microfluidic devices, based on ceramics, using LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) technology for the development of graphene oxide fibers. The GO was synthesized by the modified Hummers method and characterized by the Raman spectroscopy technique. The wet spinning technique was used for preliminary studies of the formation of fibers, to optimize parameters such as ideal concentration of GO dispersion, flow rate of GO dispersion and coagulating agents. The optimized condition for the formation of GO fibers with appropriate mechanical stability was achieved for a GO dispersion of 5 mg mL-1, with an inlet flow of 2.5 mL min-1 using a hexadecyltrimethylammonium bromide coagulant bath (CTAB ) (0.5 mg mL-1). The fibers formed by the conventional wet spinning method showed satisfactory electrical conductivity after reduction with two-stage heat treatment (annealing at 300oC in an Ar / H2 atmosphere for 30 minutes, followed by microwave treatment, 100 W of power for 2 seconds), reaching electrical conductivity values of 1.19x104 ± 2.38 S m-1. The tests for obtaining GO fibers using the 3D ceramic-based microfluidic device with channel dimensions 43.63 mm long and 1.43 mm wide, showed great effectiveness for making long fibers (50 cm). In addition, the device was able to modulate the diameter of the fibers due to the ratio between the flow of GO dispersion by the flow of CTAB solution, making it possible to obtain fibers from 89 to 22 μm of diameter. The microfibers of GO, with an average size of 7 cm in length and 90 μm in diameter, presented to support weight of 6.02 ± 0.81 g before breaking. The 3D hydrodynamic microfluidic focusing device showed potential for the development of microfibers from other two-dimensional materials. - DissertaçãoPolimerização in-situ de poliuretano em meio de óxido de grafenoAvancini , Milena (2020-01-29)
Escola de Engenharia Mackenzie (EE)
A utilização de nanomateriais derivados do grafeno para a produção de compósitos é cada vez maior. Isso porque o grafeno e seus derivados possuem excelentes propriedades mecânicas, térmicas e elétricas, promovendo consequentemente um ganho de propriedades na matriz na qual é aplicado. Para isso, diferentes formas de produção e incorporação desses materiais e seus derivados vêm sendo estudadas desde o isolamento do grafeno em 2010. Porém algumas dificuldades vêm sendo encontradas quanto aos métodos de incorporação destes nanomateriais, pois cada matriz possui uma necessidade específica, e para que o nanocompósito seja produzido de maneira efetiva, o processo de incorporação deve garantir a inserção do material à matriz sem pontos de aglomeração ou separação. Com isso, o presente trabalho propõe a incorporação efetiva de óxido de grafeno (GO) em uma matriz polimérica, uma espuma flexível a base de poliuretano, através do método de polimerização in-situ, visando a obtenção de um nanocompósito com propriedades mecânicas superiores à espuma sem o GO. Para isso, o GO utilizado foi produzido através do método de Hummers modificado e a produção das espumas seguiu as etapas de um processo industrial convencional. Diferentes concentrações de GO foram avaliadas no preparo do compósito (0,0010; 0,0015; 0,0030; 0,0090; 0,02; 0,03 e 0,05%), sendo que os melhores ganhos em propriedades mecânicas foram alcançados ao se utilizar 0,03% (m/m) de GO a matriz polimérica de PU. A adição desta pequena quantidade de GO durante o processo de polimerização in-situ permitiu um aumento de 16,78% na tensão de ruptura do material e 11,80% na propriedade de resistência ao rasgo em comparação com a amostra de PU puro. Além disso as amostras de PU@GO 0,03%, apresentaram um alongamento de apenas 133,9% antes de se romperem (ao se aplicar 127,0 KPa) em comparação com a amostra de PU puro 172,8% (ao se aplicar 108,8 KPa), comprovando assim que a incorporação das folhas de GO na matriz polimérica promove um aumento da rigidez da cadeia polimérica. Testes de força de endentação à 40% (IFD), mostraram que o nanocompósito PU@GO 0,03%, apresentou um aumento expressivo de 91,40% no valor de IFD, em relação a amostra de PU puro. O método proposto neste trabalho para incorporar 0,03% de GO a matriz polimérica do PU, não causou alterações no fator de conforto das espumas e muito menos no processo produtivo, possibilitando assim o escalonamento industrial do nanocompósito. Deste modo, o nanocompósito desenvolvido neste trabalho apresenta um grande potencial tecnológico, podendo ser empregado em diversos setores da indústria dos poliuretanos, gerando materiais com maior tempo de vida, menor desgaste e elevada resistência mecânica.