In vitro study of the biocompatibility of materials processed by Additive Manufacturing

Abstract

As doenças cerebrais como a Epilepsia e a Demência constituem um dos maiores problemas de saúde da atualidade. Com o número de doentes a aumentar de ano para ano, é de extrema importância encontrar alternativas, tanto para diagnóstico como para terapêutica, de modo a conseguir responder a estes problemas. No entanto, devido à baixa rigidez do tecido cerebral, existe uma grande incompatibilidade entre este e os materiais rígidos utilizados para formar elétrodos para implantes cerebrais, provocando uma resposta imune na zona do implante. De modo a ultrapassar esta dificuldade, sensores fabricados com materiais cuja flexibilidade se aproxima mais da do tecido cerebral foram apresentados como alternativas. Porém, estes não possuem propriedades biocompatíveis com o cérebro, ou não apresentam as propriedades de condutividade elétrica necessárias para conseguir analisar de forma eficaz.Assim, o principal objetivo desta dissertação foi resolver o problema mencionado acima, avaliando a biocompatibilidade, sobretudo a capacidade de resistir a infeções microbianas, de materiais flexíveis e condutores, de modo a avaliar a possibilidade de estes constituírem candidatos favoráveis ao fabrico de elétrodos que consigam receber e processar sinais cerebrais.Em primeiro lugar, recorrendo à técnica da formação do halo de inibição (Growth Inhibition Halo), nas três amostras iniciais cujo substrato era uma poliuretana termoplástica (TPU), observou-se a não formação de um halo de inibição, e a consequente proliferação das bactérias E. coli e S. aureus. Nas amostras em que o substrato era formado por poli(metil-metacrilato) (PMMA), normalmente designado por acrílico, qualquer uma das formulações com a tinta condutora, deram origem à formação de halo de inibição. A caracterização por microscopia eletrónica de varrimento (SEM - Scanning Electron Microscopy) permitiu observar que a concentração de prata da tinta condutora era elevada, precisamente nestas duas amostras, podendo assim ser esta a responsável pelas respetivas propriedades antimicrobianas das mesmas.Este estudo contribuiu para a avaliação do possível sucesso do uso da tinta Ag-In-Ga para o fabrico de elétrodos condutores e com propriedades antimicrobianas, para serem utilizados em técnicas como a electrocorticografia, conseguindo assim obter informação mais precisa sobre o estado de saúde cérebro de um doente.

Brain diseases, such as Epilepsy and Dementia, are one of the major health problems in the world. With the number of patients increasing year by year, it is extremely important to find alternatives, both for diagnosis and therapy, in order to be able to respond to these problems. However, due to the low rigidity of brain tissue, there is a great incompatibility with the rigid materials used to form electrodes for brain implants, causing an immune response in the implant area. In order to overcome this difficulty, sensors made of materials whose flexibility is closer to that of brain tissue were presented as alternatives. However, these do not possess biocompatible properties, or are not conductive enough to be able to analyse electrical signals.Thus, the main objective of this dissertation was to solve the problem mentioned above, evaluating the biocompatibility of flexible and conductive materials, in order to evaluate if they constitute favourable candidates for the manufacture of electrodes that can receive and process brain signals, without infecting the surrounding area.With the results obtained, it was possible to formulate some hypotheses to justify them. Firstly, using the Growth Inhibition Halo technique, in the three initial samples whose substrate was TPU, there was no formation of an inhibition halo, and the consequent proliferation of E. coli and S. aureus bacteria. In the samples in which the substrate was formed by poly(methyl-methacrylate) (PMMA), commonly known as acrylic, both the ink formulation with solvents, formed an inhibition halo. The Scanning Electron Microscopy enabled to observe that the concentration of silver was high, precisely in these two samples, which may be what is responsible for the antimicrobial properties of the surface. This study contributed to the evaluation of the possible success of the use of EGaIn conductive ink for the manufacture of conductive electrodes with antimicrobial properties, to be used in techniques such as electrocorticography, therefore obtaining more accurate information on the health state of a person’s brain.