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Desenvolvimento de um hidrogel de PVA reticulado com ácido cítrico e/ou reforçado com fibras de conteira para substituição da cartilagem

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Abstract(s)

A osteoartrite é uma doença que afeta as articulações, resultando na degeneração da cartilagem. O propósito deste estudo é desenvolver um hidrogel à base de álcool polivinílico que possa ser utilizado para reparação das zonas danificadas da cartilagem. Para tal, foram produzidos hidrogéis por “cast-drying” e “freeze-thawing” contendo fibras de conteira e/ou ácido cítrico. Os hidrogéis obtidos foram inicialmente caracterizados em termos da sua quantidade de água, intumescimento e comportamento à compressão. Em seguida, para cada processo de fabrico, foi selecionado o hidrogel que apresentou o módulo de elasticidade à compressão mais elevado. Por fim, os hidrogéis selecionados foram caracterizados em relação à morfologia e ao seu comportamento à tração, reológico e tribológico. Os resultados deste estudo revelam que as estruturas obtidas têm propriedades tribomecânicas promissoras para substituir a cartilagem, em especial o hidrogel com ácido cítrico, que demonstrou propriedades superiores comparativamente aos hidrogéis com fibras de conteira. Com efeito, este material evidenciou maior resistência à tração, e os módulos de elasticidade e energias dissipativas foram significativamente mais elevados, devido à menor porosidade, e estrutura mais compacta, conforme confirmado pela análise morfológica dos materiais. Quanto ao coeficiente de atrito, os hidrogéis com fibras de conteira conduziram a valores mais baixos, fundamentais para proporcionar uma superfície de atrito reduzida entre as superfícies articulares na cartilagem. Este trabalho permite concluir que a incorporação de ácido cítrico e de fibras de conteira constituem abordagens potencialmente interessantes para o desenvolvimento de hidrogéis destinados à substituição da cartilagem em pacientes com osteoartrite, oferecendo propriedades mecânicas desejáveis.
Osteoarthritis is a disease that affects the joints, resulting in the degeneration of cartilage. The purpose of this study is to develop a polyvinyl alcohol-based hydrogel that can be used for the repair of damaged cartilage zones. For this, hydrogels were produced through cast-drying and freeze-thawing processes containing kahili ginger fibers and/or citric acid. The obtained hydrogels were initially characterized in terms of their water content, swelling, and compression behavior. Subsequently, for each manufacturing process, the hydrogel with the highest compression modulus was selected. Finally, the selected hydrogels were characterized in terms of morphology and their tensile, rheological, and tribological behavior. The results of this study reveal that the obtained structures have promising tribomechanical properties for cartilage replacement, especially the hydrogel with citric acid, which demonstrated superior properties compared to hydrogels with kahili ginger fibers. Indeed, this material showed higher tensile strength, and the compression modulus and dissipative energies were significantly higher due to lower porosity and a more compact structure, as confirmed by the morphological analysis of the materials. Regarding the friction coefficient, hydrogels with kahili ginger fibers led to lower values, essential for providing a reduced friction surface between joint surfaces in cartilage. This work allows us to conclude that the incorporation of citric acid and kahili ginger fibers constitutes potentially interesting approaches for the development of hydrogels intended for cartilage replacement in patients with osteoarthritis, offering desirable mechanical properties.

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Keywords

Cartilagem Hidrogel Álcool polivinílico Ácido cítrico Fibras de conteira Cartilage Hydrogel Polyvinyl alcohol Citric acid Kahili ginger fibers

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