Impressão 3D de stents vasculares: Influência da espessura e do envelhecimento do dispositivo nas propriedades mecânicas

Abstract

Atualmente, as doenças cardiovasculares são responsáveis por um elevado número de mortes em todo o mundo, sendo que na sua maioria são provocadas pela acumulação de placas de gordura e cálcio no interior das artérias. Com o objetivo de tratar esta patologia, surgiram os stents vasculares como uma possível solução. No entanto, ainda são observados alguns efeitos secundários que ocorrem pouco depois do implante, tais como, a reestenose ou a trombose. Por esse motivo, essas estruturas ainda não são consideradas uma solução completamente viável. Até aos dias de hoje, ainda não foi produzido um stent vascular ideal com um material polimérico, isto é, com design adequado e cujo material seja capaz de suportar a força exercida pela parede da artéria enquanto há regeneração do vaso sanguíneo.O principal objetivo da presente dissertação é avaliar a influência de diferentes espessuras nas propriedades e características de tubos cilíndricos de PLA fabricados por impressão 3D. Para além disso, foi realizado um estudo para perceber como é que a interação com fluidos corporais pode influenciar as suas propriedades.O material utilizado neste trabalho foi o PLA, pois é um dos polímeros mais utilizados e investigados no fabrico de stents vasculares. As amostras impressas foram caracterizadas quanto à sua estrutura química, comportamento térmico e mecânico. Para além disso, a superfície do material impresso foi caracterizada.Os resultados permitem concluir que a imersão das amostras em PBS influenciou as propriedades e características mecânicas. Relativamente aos ensaios de tração, foi possível inferir que a amostra com 2 mm de espessura apresentou maior resistência à tração em comparação com a amostra de 1 mm e, consequentemente conseguiria suportar uma maior pressão exercida pelos vasos sanguíneos.Quanto ao ensaio de flexão em 3 pontos, a amostra com 2 mm de espessura apresentou um valor superior de módulo de elasticidade à flexão comparativamente com a de 1 mm, revelando ter menor flexibilidade.A caracterização da superfície indicou que o PLA possui carácter hidrofóbico e a superfície apresentava algumas irregularidades, resultado do método de fabrico. O comportamento hidrofóbico do material resultou numa taxa de degradação hidrolítica lenta. Tendo em conta os dados apresentados, a amostra com 2 mm de espessura demonstrou ter maior potencial para aplicação em stents vasculares devido ao facto de ter a melhor combinação de propriedades necessárias para a produção de um stent vascular.

Currently, cardiovascular diseases are responsible for the higher number of deaths in the world and the most common pathology is coronary artery disease. This disease is a consequence of the accumulation of fatty and calcium plaques inside the arteries. To solve this problem, vascular stents have emerged as a possible solution to treat coronary artery disease, However, some adverse effects are still observed after the implantation, such as restenosis or thrombosis. For this reason, these medical devices are not considered a completely viable solution. Until today, an ideal polymeric vascular stent has not been produced, that is, with an adequate design and whose material can withstand the force exerted by the artery wall while the blood vessel is regenerated.The main objective of this dissertation is to evaluate the influence of different thicknesses on the properties and characteristics of PLA cylindrical tubes manufactured by 3D printing. Furthermore, it is aimed to know the influence of fluids on the properties of the samples.The material used in this work was PLA since it is one of the most used and investigated polymers to fabricate vascular stents. The printed samples were characterized in terms of their chemical structure, thermal and mechanical behaviour. In addition, the surface of the printed samples was characterized.The results allow concluding that the immersion of the samples in PBS influenced the mechanical properties. Regarding the tensile tests, it was possible to assume that the 2 mm-thick samples presented greater tensile strength compared to the 1-mm sample and, consequently, would be able to tolerate a greater force exerted by the artery walls.Regarding the 3PB test, the 2 mm-thick samples presented a higher value of elastic modulus, revealing lower flexibility compared to the 1 mm samples.The surface characterization indicated that PLA is hydrophobic, and the surface had some irregularities, because of the 3D printing process. The hydrophobic behaviour of the material resulted in a slow hydrolytic degradation rate.From this study, it is possible to conclude that the 2 mm samples are the potential candidates to fabricate a vascular stent since they showed the best combination of results.