Moldagem por injeção de placas craniofaciais em PLGA: relação entre parâmetros de processo e propriedades

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2017.O poli (ácido lático-co-glicólico), PLGA, é um polímero biocompatível, biodegradável e aprovado pela FDA. Nas últimas duas décadas, o PLGA vem sendo considerado um dos mais promissores polímeros para a fabricação de dispositivos médicos aplicáveis na engenharia biomédica. Entre os processos de fabricação utilizados para produção destes dispositivos, destaca-se a moldagem por injeção de placas e parafusos bioreabsorvíveis. No entanto, os parâmetros de processamento utilizados na moldagem por injeção e a geometria projetada do implante atuam nas propriedades mecânicas e físico-químicas do material. Neste trabalho, o processo de moldagem por injeção de placas craniofaciais bioreabsorvíveis utilizando o copolímero PLGA 85:15 foi investigado. Para isso, o trabalho foi dividido em quatro etapas: a investigação do parâmetro de processamento mais influente na moldagem por injeção do material, a fabricação do molde das placas, a investigação das propriedades de placas fabricadas e a viabilidade celular através de testes in vitro. Primeiramente, foi estudado o efeito de dois parâmetros de processo (isto é, temperatura do fundido e a vazão de injeção) e ainda o efeito da presença de um entalhe em corpos de prova regulares injetados em PLGA. Dada as condições de processamento, o molde foi projetado e foi conduzida a fabricação das placas craniofaciais, baseada em duas diferentes temperaturas do fundido (limite inferior e superior). Os implantes injetados foram submetidos à degradação in vitro em um banho termostatizado a 37 ± 1°C, por 16 semanas. As propriedades mecânicas e físico-químicas das placas moldadas de PLGA, tais como resistência à flexão, massa molecular, cristalinidade, temperaturas de transição e morfologia, foram avaliadas em função do tempo de degradação e monitoradas por análise DSC, DMA, GPC, FTIR e MEV. Os resultados mostram que quanto maior a temperatura na moldagem por injeção, maior instabilidade térmica do material e, portanto, a microestrutura do material moldado apresenta diferentes níveis de distribuição de massa molecular. Assim, a resistência mecânica ao longo do período de degradação in vitro do PLGA moldado a alta temperatura não se comporta gradativamente como o de baixa temperatura, devido as diferenças na cristalinidade e presença de oligômeros. Apesar desse comportamento, o tempo de degradação para as placas moldadas em ambas condições foram semelhantes, mas com diferenças na erosão de superfícies devido à difusão durante a degradação. O presente estudo contribui para a compreensão dos efeitos dos parâmetros da moldagem por injeção e geometria nas propriedades físico-químicas e mecânicas para a fabricação de placas craniofaciais em PLGA.Abstract : Poly (lactic-co-glycolic acid), PLGA, is a biocompatible, biodegradable and FDA-approved polymer. In the last two decades, PLGA has been considered one of the most promising polymers for the manufacture of medical devices, such as plates and screws. Among the manufacturing processes used for the manufacture of these devices, injection molding stands out. However, the processing parameters and the mechanical and physico-chemical properties of the material depends on designed geometry of the implant. In this work, the injection molding process of bioreabsorbable craniofacial plaques using poly (lactic-co-glycolic acid) copolymer 85/15 was investigated. For this, the work was divided into four stages: investigation of the most influential processing parameter in the injection molding of the material, the manufacture of the mold of the plates, the investigation of the properties of the manufactured plates and the cellular viability through in vitro tests. First, the effect of two process parameters (ie, melt temperature and injection flow) and the effect of the presence of a notch on regular test bodies injected into PLGA were studied. Given the processing conditions, the mold was designed and craniofacial plates were manufactured, based on two different melt temperatures (low and high temperatures). The injected implants were submitted to in vitro degradation in a thermostated bath at 37 ± 1 ° C for 16 weeks. Mechanical and physico-chemical properties of injection molded PLGA plates, such as flexural strength, molecular mass, crystallinity, transition temperatures and morphology, were evaluated as a function of degradation time and monitored by DSC, DMA, GPC, FTIR and SEM. The results show that as higher as is injection molding temperature, greater thermal instability of the material and, therefore, microstructure of the molded material presents different molecular mass distribution. Thus, mechanical resistance during the in vitro degradation period of high temperature PLGA molded does not behave gradually as the low temperature due to differences in the crystallinity and presence of oligomers. Despite this behavior, the degradation time for the cast plates under both conditions were similar, but with differences in surface erosion due to diffusion during degradation. The present study contributes to the understanding of the effects of injection molding and geometry parameters on the physico-chemical and mechanical properties for PLGA plate manufacturing