A displasia do desenvolvimento do quadril infantil (DDQ) é uma condição ortopédica comum que se não tratada pode causar sequelas na vida adulta. A DDQ ocorre 5 para cada 1.000 nascimentos comprometendo o encaixe da cabeça femoral no acetábulo. Em bebês acima de seis meses de idade, o tratamento DDQ consiste na imobilização da articulação do quadril e pernas com gesso pelvipodálico por um período de até 120 dias. O uso prolongado do gesso não permite a ventilação adequada da pele, e limitações de higiene promovem várias complicações difíceis de serem superadas no dia a dia. Apesar do surgimento de vários produtos inovadores na medicina, poucas inovações têm sido desenvolvidas neste tema. Esta pesquisa teve início em 2017 no Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade Federal de São Paulo para atender uma demanda da ortopedia pediátrica do Hospital Municipal Dr. José de Carvalho Florence (São José dos Campos, SP) que tem a DDQ como causa mais frequente de imobilização do quadril infantil com gesso. A Fase 1 da pesquisa foi realizada com apoio da empresa 3DTime e resultou em um protótipo de órtese de quadril infantil, produzido por impressão 3D com processo de deposição de material polimérico. Um bebê virtual correspondendo à idade de 4 meses foi modelado e manufaturado na posição de Salter que é requerida na imobilização do quadril no tratamento de DDQ. A partir deste modelo, vários protótipos de órtese de quadril com sistema de fecho foram desenvolvidos, manufaturados e avaliados. Após a realização de ensaios clínicos de encaixe e troca de fraldas com bebês voluntários utilizando a órtese foi definido o design de um modelo inovador, leve, resistente, higienizável e ergonômico. A Fase 1 confirmou a viabilidade de produção de uma órtese abdutora de quadril que será ainda avaliada na substituição do gesso no tratamento de DDQ de bebês e resultou na criação da Startup BabyHipCare como um ramo da empresa 3DTime. Na Fase 2 da pesquisa serão investigados vários desafios científico e técnicos que precisam ser solucionados para a obtenção do produto final. Ensaios mecânicos, simulação computacional e otimização estrutural serão utilizadas para avaliação da resistência mecânica da órtese redefinindo o modelo. Um processo de manufatura por injeção em moldes vai garantir um produto com melhor qualidade e custo para o consumidor. Uma fralda especial para a órtese BabyHip Care será desenvolvida e avaliada em ensaios clínicos em bebês durante o tratamento de DDQ. Uma versão smart da órtese será investigada com o uso de sensores para avaliar sinais biológicos do bebê e movimento. Espera-se desenvolver um produto que possa resolver um problema pertinente da ortopedia infantil melhorando a qualidade de vida do bebê e de seu cuidador no tratamento de DDQ. A órtese Babyhipcare será um produto inovador que atenderá o mercado brasileiro com possibilidade de expansão para o mercado internacional visto que a DDQ é um problema que atinge bebês em todo o mundo. Palavras-chave: Órtese abdutora, displasia do desenvolvimento do quadril, manufatura aditiva, impressão 3D, gesso pelvipodálico. (AU)

A necessidade conexão à internet de qualquer local e a todo momento, a demanda por serviços de transmissão de dados sem fio a taxas de transferência da ordem de gigabits por segundo e a expectativa de massificação da comunicação entre máquinas (i.e., a popularização da IoT -- Internet of Things) têm requerido características desafiadoras dos sistemas irradiantes em termos de dimensões, comportamento em banda e ganho. Como consequência, a complexidade da geometria das antenas cresce, requerendo o uso de novas técnicas de fabricação mais eficientes e que geram menor impacto ambiental. Na banda X (8 a 12 GHz) as antenas helicoidais são amplamente utilizadas nas comunicações móveis via satélite. Na banda Ka (26 a 40GHz) uma opção eficiente para cobertura ponto-multiponto são as antenas duplo-refletoras com cobertura omnidirecional alimentadas por uma corneta coaxial. O presente projeto de pesquisa propõe o desenvolvimento de novos modelos e protótipos de duas antenas (helicoidal, corneta coaxial e duplo-refletora omnidirecional) usando diferentes técnicas de fabricação, em particular o processo de manufatura aditiva. Inicialmente, as antenas serão projetadas, analisada através do software Ansys Eletrontic Desktop, módulo HFSS (High-Frequency Structure Simulator) usando o método dos elementos finitos (FEM - Finite Element Method) e otimizadas por algoritmos genéticos (GA - Genetic Algorithm). Para a antena helicoidal o objetivo é propor uma geometria alternativa à convencional que apresente melhor desempenho eletromagnético (i.e., ganho e coeficiente de reflexão ao longo da banda de operação). Para a antena corneta coaxial, o objetivo é propor uma estrutura que apresente a estabilidade do diagrama de radiação ao logo da banda de operação e, simultaneamente (se possível), minimize o coeficiente de reflexão (parâmetro |S11|). Os protótipos serão construídos usando diferentes técnicas de fabricação: manufatura aditiva (MA) de metais com fusão seletiva a laser, MA em polímero com metalização por LTP (Plasma de Baixa temperatura) da superfície e torneamento CNC (Comando Numérico Computadorizado). Os dispositivos terão sua performance eletromagnética avaliadas através da medição do coeficiente de reflexão e do diagrama de radiação. Os desempenhos ambientais dos protótipos serão comparados por meio da técnica Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), com base nas normas ABNT ISO 14040:2009 e ABNT ISO 14044:2009 e por meio do software GaBi Student. Consideram-se os melhores desempenhos ambientais os protótipos com menores potenciais de impactos ambientais. Este projeto tem grande potencial de patente tanto dos dispositivos como dos métodos de fabricação. (AU)

O fluxo digital de trabalho ("workflow") consolida uma modalidade inovadora na área da saúde. Em Odontologia, pesquisas recentes demonstram um campo promissor da prototipagem automatizada de restaurações dentárias por impressão 3D, embora, o maior desafio na comunidade científica seja conciliar a tecnologia tridimensional com materiais odontológicos adequados. O presente projeto de pesquisa objetiva caracterizar as propriedades mecânicas, ópticas e de superfície de um compósito resinoso para impressão 3D em comparação com outros materiais disponíveis no mercado, aprimorando suas propriedades físicas pela adição de oxihidróxido de nióbio (NbO2OH). A primeira fase deste trabalho envolve um fator de estudo (resinas) em três níveis: resina para impressão 3D (Next DentTM C&B), resina bis-acrilica (ProtempTM 4, 3M ESPE) e resina composta microhibrida (Filtek Z350, 3M ESPE). As variáveis de resposta do estudo serão: estabilidade de cor após envelhecimento, dureza e resistência a flexão. Para a segunda fase, NbO2OH será incorporado na resina impressa tridimensional. Dois fatores de variação serão analisados em diferentes níveis: Resina (1 nível - Resina para impressão 3D) (Next DentTM C&B), NbO2OH em diferentes concentrações (4 níveis - 0,5%, 1%, 2,5% e 5%), que será determinada em estudo piloto. As variáveis de resposta do estudo serão: resistência a flexão, microscopia eletrônica de varredura (MEV), estabilidade de cor após envelhecimento artificial e dureza. Após a coleta dos dados, a análise estatística será realizada considerando níveis de significância de 5%. (AU)

Uma consciência cada vez maior do impacto negativo da exposição ao ruído e vibração em nossa saúde, junto com demandas ecológicas e econômicas cada vez mais rígidas, levou a uma busca intensiva por soluções leves para os problemas de ruído e vibração. Os metamateriais mostraram grande potencial para superar as soluções tradicionais. Embora promissores, a fabricação de metamateriais está longe de ser madura: o uso do estado-da-arte depende de metodologias ad-hoc ou pontuais, já que as inclusões ressonantes são muitas vezes de geometria intrincadas, representando desafios significativos para produção em massa. Além disso, seu desempenho predominantemente de banda estreita constitui um obstáculo importante para se tornarem soluções de engenharia amplamente aplicáveis. O foco deste projeto é criar novos metamateriais manufaturáveis em massa, com inclusões passivas e inteligentes, para controle de ruído e vibração de banda larga. Para atingir esse objetivo desafiador, uma nova abordagem de fabricação modular será desenvolvida e demonstrada, combinando os recursos de produção em massa de moldes de injeção com a alta versatilidade da manufatura aditiva para permitir a integração de inclusões inteligentes. Uma estrutura eficiente de modelagem de metamateriais multifísicos será desenvolvida e construída para otimizar os parâmetros de inclusão e configurações espaciais a fim de obter desempenho vibroacústico de banda larga, que será validado em protótipos físicos de demonstradores. (AU)

Recentes avanços na manufatura aditiva têm permitido a impressão 3D de materiais biocompatíveis, células e componentes de suporte em complexos tecidos biológicos. Hoje em dia, o processo de bioimpressão 3D pode ser adaptado para produzir tecidos em uma variedade de formatos e complexidades estruturais, além de obter específicas propriedades químicas, biomecânicas e biológicas, visando a criação de biomodelos que mimetizam tecidos próximos dos reais. O presente projeto visa otimizar a plataforma tecnológica QuantumTissue patenteada em 2020. A plataforma é um processo de obtenção de proteínas de matriz extracelulares (MEC) bioidênticas às humanas a partir de tecidos bioimpressos com potencial para produção futura em escala. Um segundo objetivo é o desenvolvimento de potenciais produtos inovadores como uma nova geração de preenchimentos dérmicos, articulares, gel de colágeno para P & D e outros passíveis de exploração. A plataforma "QuantumTissue" tem singularidade tecnológica, pois foi criada a partir da tecnologia de bioimpressão de células humanas delineadas pela autora do projeto e produzida de maneira inovadora. As etapas do bioprocesso mantêm a nobreza das proteínas, mantendo as estruturas fibrilas do colágeno original (processo sem similar encontrado na busca de anterioridade) e propícia para processos otimizados de reticulação (crosslinking) que permitem sua maior longevidade no organismo em aplicações injetáveis e/ou tecidos biofabricados (figura 1). O resultado da plataforma tecnológica desenvolvida pela empresa é uma solução de proteínas da MEC de alta pureza e com características singulares para aplicações nas indústrias alimentícia, cosmética, farmacêutica, odontológica e médica, e em um específico mirando o co-desenvolvimento com indústria farmacêutica de uma nova geração de preenchedores regenerativos, mercado projetado em 10 bilhões de dólares em 2026 e crescimento de 8% ao ano. Em entrevista com mais de 150 pessoas da indústria e 20 especialistas de medicina, validaram-se as hipóteses de que há potencial para obtenção pelo processo proposto de um produto com vantagens competitivas significativas em relação às alternativas de preenchedores dérmicos e articulares atuais. A solução diferencia-se das alternativas baseadas em ácido hialurônico por ter colágeno fibroso e outras proteínas da MEC, proporcionando maior durabilidade das aplicações em vista da sua maior capacidade de reticulação e de promoção de bioestimulação do colágeno do próprio tecido nativo. Diferencia-se das alternativas de compostos sintéticos/colágeno de origem animal por trazer menor risco de reação adversa, dado que estamos propondo uso de compostos orgânicos bioidênticos aos humanos e processo totalmente estéril e livre de moléculas reativas (enzimas e outras moléculas tóxicas). Como metodologia de projeto, otimizaremos o processo tecnológico que possui seis etapas principais: cultivo celular 2D e produção dos esferoides, formulação dos hidrogéis, preparação da biotinta, bioimpressão, homogeneização e extração das proteínas, análises de qualidade/segurança e reticulação. O resultado esperado é um refinamento do processo produtivo de soluções biológicas com propriedades singulares como alto nível de pureza, fibrilar e reticulação melhorada, tornando-o atrativo para setores industriais. Esse trabalho abre oportunidades de desenvolvimento biotecnológico de uma nova geração de preenchedores regenerativos utilizando o que há de mais inovador no campo da biofabricação e avançaria no campo da medicina minimamente invasiva. (AU)

O desenvolvimento de novos processos de pintura, menos agressivos ao meio ambiente e mais customizados tem recebido grande atenção nos últimos anos, com destaque para os sistemas automatizados de pintura e impressão digital. No segmento aeronáutico, o processo de pintura das aeronaves está limitado a processos convencionais, envolvendo cor por cor, tinta por tinta, o mascaramento prévio do substrato, a utilização de filmes adesivos e a liberação de compostos orgânicos voláteis (COVs) no ambiente. Neste sentido, estudos mais recentes demonstram que a técnica de impressão digital pode ser empregada com o objetivo de reduzir em parte a quantidade de tinta utilizada, os custos de produção e melhorar a qualidade das imagens, letras e logotipos impressos na fuselagem dos aviões. Entretanto, a implementação dessa tecnologia carece de estudos mais aprofundados relacionados ao tipo de tinta de impressão (comportamento reológico, adesão, etc.), tratamento da superfície que vai receber a impressão, velocidade de impressão, além de atender às exigências normativas do setor. Desta forma, este projeto tem como objetivo correlacionar a qualidade de impressão/pintura digital com diferentes tratamentos superficiais do revestimento aeronáutico padrão (top coating), com o comportamento reológico e a adesão das tintas de impressão, visando encontrar as melhores condições de impressão e adesão das tintas para configuração de aeronaves. As tintas serão avaliadas em relação às propriedades físico-químicas, tensão superficial, ângulo de contato e comportamento reológico. Para melhorar a adesão das tintas de impressão, será realizado um estudo do tratamento superficial do revestimento padrão por jato de plasma atmosférico antes da impressão. Os substratos impressos serão avaliados em relação à adesão, brilho, qualidade da imagem, resistência à abrasão, resistência a névoa salina e estabilidade a radiação ultravioleta, a fim de qualificar o processo de impressão em escala de laboratório. Este trabalho será desenvolvido no Laboratório de Síntese e Processos de Polímeros do ICT-Unifesp e contará com apoio técnico da Embraer SA. visando a validação e a implementação futura do processo de impressão digital no segmento aeronáutico. (AU)

O câncer é a segunda principal causa de morte em todo o mundo, sendo a sua detecção precoce, associado ao regime terapêutico adequado, a melhor opção para reduzir substancialmente o risco de mortalidade. Apesar dos avanços no estudo de biomarcadores para o diagnóstico precoce, as estratégias para sua detecção ainda requerem melhorias tanto na seletividade para a captura de células tumorais circulantes (CTCs), quanto na sensibilidade e viabilidade do método de detecção. Esta proposta visa estabelecer uma colaboração sinérgica entre três universidades do estado de São Paulo (UNICAMP, USP e UNIFESP), o CTI Renato Archer e duas universidades do exterior (Universidade de Laval e MIT), para o desenvolvimento de uma plataforma para o diagnóstico de doenças oncológicas a partir da detecção de CTCs. Pretende-se explorar conjuntamente as técnicas de microfabricação, síntese de proteínas recombinantes e funcionalização de superfícies via Layer-by-Layer para o desenvolvimento de eletrodos tridimensionais para a detecção de diferentes linhagens de células tumorais de próstata, mama e tireoide. Essas técnicas permitirão a produção substratos padronizados, funcionalizados com sequencias peptídicas com afinidade às integrinas das células tumorais, aprimorando a captura seletiva de CTCs de amostras biológicas em eletrodos de impedância. Compreender as regras de reconhecimento biológico para diferentes linhagens de CTCs exigirá a investigação dos fatores que afetam a adesão das células, como a geometria dos substratos padronizados, os parâmetros de deposição dos recobrimentos e a afinidade entre as macromoléculas dos substratos e a superfície celular. Ao final, esta proposta espera estabelecer a prova de conceito de uma plataforma que permita a detecção de CTCs, facilitando o diagnóstico clínico precoce de doenças tumorais. (AU)

Nos últimos anos observa-se uma tendência de substituição das impressões convencionais e dos modelos de gesso por imagens obtidas a partir do escaneamento intraoral para confecção de próteses parciais e/ou totais. Porém, tal técnica não reduz a formação do biofilme sobre os materiais utilizados, possibilitando a ocorrência de doenças fúngicas, como a estomatite protética. Assim, o objetivo deste estudo in vitro será avaliar o efeito do polimento e de tempos de imersão em soluções desinfetantes sobre as propriedades físicas (estabilidade de cor, dureza, rugosidade, energia livre de superfície e topografia superficial) e biológicas (capacidade de adesão e formação de biofilme e citotoxicidade) de resina obtida através de impressão 3D. Amostras (14 mm de diâmetro e 1,2 mm de espessura) serão projetadas virtualmente e serão confeccionadas em impressora 3D. Após a confecção, as amostras serão divididas em 2 grupos de acordo com o protocolo de polimento: CP: amostras obtidas através de impressão 3D passarão por um protocolo de polimento e serão armazenadas em água destilada por 48 horas; SP: amostras obtidas através de impressão 3D não receberão polimento e serão armazenadas em água destilada por 48 horas. As amostras dos grupos CP e SP serão subdividas em novos grupos, de acordo com as soluções desinfetantes, como a seguir: CPAD: amostras polidas imersas em água destilada; CPHS: amostras polidas imersas em hipoclorito de sódio a 0,5%; CPDC: amostras polidas imersas em digluconato de clorexidina a 2%; CPSL: amostras polidas imersas em solução de sabonete líquido desinfetante (Lifebuoy); SPAD: amostras não polidas imersas em água destilada; SPHS: amostras não polidas imersas em hipoclorito de sódio a 0,5%; SPDC: amostras não polidas imersas em digluconato de clorexidina a 2%; SPSL: amostras não polidas imersas em solução de sabonete líquido desinfetante (Lifebuoy). Todas as amostras serão imergidas nos tempos de imersão de 0, 1, 3 e 6 meses e após cada período, as propriedades físicas e biológicas das amostras serão avaliadas. Os resultados serão tabulados e submetidos ao teste de normalidade para verificar a distribuição dos dados amostrais. Com base nos resultados observados por meio do teste de normalidade, será possível determinar o método estatístico mais adequado em nível de significância de 5%. (AU)

Esta proposta visa investigar a metalurgia física e a manufatura aditiva de ligas de titânio aplicadas na obtenção de materiais estruturais com gradientes de propriedades. O Ti e suas ligas exibem amplo conjunto de propriedades interessantes, em particular elevada razão entre resistência mecânica e densidade, alta resistência à corrosão e biocompatibilidade única. Seu comportamento mecânico depende diretamente da precipitação de fases estáveis e metaestáveis, o que permite ajustar propriedades a aplicações específicas. Atualmente, o processamento do Ti e suas ligas têm experimentado desenvolvimento excepcional como resultados da aplicação de novas tecnologias associadas à manufatura aditiva. O presente projeto pretende analisar temas relevantes voltados às ligas de Ti, tais como (i) transformações de fase em ligas de Ti; (ii) manufatura aditiva de ligas de Ti e (iii) preparação de materiais com gradientes funcionais. A estratégia a ser empregada envolverá o desenvolvimento de novas ligas de Ti do tipo beta metaestável e estudos de suas transformações de fases, microestruturas e propriedades. O projeto de ligas será fundamentado em simulação termodinâmica de diagramas de fases, a fabricação de ligas envolverá fusão a arco e manufatura aditiva e o processamento contará com tratamentos termo-mecânicos que propiciem a precipitação da fase alfa por duas rotas: nucleação homogênea envolvendo decomposição pseudo-espinodal ou nucleação heterogênea a partir da fase ômega. Conceitos sobre transformações de fase e manufatura aditiva serão aplicados na obtenção de materiais com gradientes funcionais a partir de ligas de Ti. Pretende-se aplicar técnicas avançadas de caracterização de amostras, em particular microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X em altas temperaturas. A equipe de trabalho é constituída por pesquisadores experientes nos temas abordados e, também, por pesquisadores em início de carreira. Ao final do presente trabalho, espera-se obter conhecimento que contribua com o aumento do uso do Ti em aplicações com alta densidade científica e tecnológica, em particular, de novas ligas de Ti para aplicações estruturais em diversos setores industriais e principalmente, formar recursos humanos em ligas de titânio e de manufatura aditiva de materiais metálicos. (AU)

Esta proposta visa investigar a metalurgia física e a manufatura aditiva de ligas de titânio aplicadas na obtenção de materiais estruturais com gradientes de propriedades. O Ti e suas ligas exibem amplo conjunto de propriedades interessantes, em particular elevada razão entre resistência mecânica e densidade, alta resistência à corrosão e biocompatibilidade única. Seu comportamento mecânico depende diretamente da precipitação de fases estáveis e metaestáveis, o que permite ajustar propriedades a aplicações específicas. Atualmente, o processamento do Ti e suas ligas têm experimentado desenvolvimento excepcional como resultados da aplicação de novas tecnologias associadas à manufatura aditiva. O presente projeto pretende analisar temas relevantes voltados às ligas de Ti, tais como (i) transformações de fase em ligas de Ti; (ii) manufatura aditiva de ligas de Ti e (iii) preparação de materiais com gradientes funcionais. A estratégia a ser empregada envolverá o desenvolvimento de novas ligas de Ti do tipo beta metaestável e estudos de suas transformações de fases, microestruturas e propriedades. O projeto de ligas será fundamentado em simulação termodinâmica de diagramas de fases, a fabricação de ligas envolverá fusão a arco e manufatura aditiva e o processamento contará com tratamentos termo-mecânicos que propiciem a precipitação da fase alfa por duas rotas: nucleação homogênea envolvendo decomposição pseudo-espinodal ou nucleação heterogênea a partir da fase ômega. Conceitos sobre transformações de fase e manufatura aditiva serão aplicados na obtenção de materiais com gradientes funcionais a partir de ligas de Ti. Pretende-se aplicar técnicas avançadas de caracterização de amostras, em particular microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X em altas temperaturas. A equipe de trabalho é constituída por pesquisadores experientes nos temas abordados e, também, por pesquisadores em início de carreira. Ao final do presente trabalho, espera-se obter conhecimento que contribua com o aumento do uso do Ti em aplicações com alta densidade científica e tecnológica, em particular, de novas ligas de Ti para aplicações estruturais em diversos setores industriais e principalmente, formar recursos humanos em ligas de titânio e de manufatura aditiva de materiais metálicos. (AU)