Τριδιάστατη εκτύπωση υβριδικών δομών για βιοϊατρικές εφαρμογές

Ντερβίσι, Χριστίνα; Dervishi, Kristina

dc.contributor.author	Ντερβίσι, Χριστίνα	el
dc.contributor.author	Dervishi, Kristina	en
dc.date.accessioned	2025-12-08T09:41:51Z
dc.date.available	2025-12-08T09:41:51Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63011
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30707
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τριδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	3D Printing	en
dc.subject	Fused Filament Fabrication	en
dc.subject	Απελευθέρωση δραστικής ουσίας	el
dc.title	Τριδιάστατη εκτύπωση υβριδικών δομών για βιοϊατρικές εφαρμογές	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-20
heal.abstract	Η τριδιάστατη εκτύπωση είναι μία καινοτόμος τεχνολογία κατασκευής πρωτοτύπων, η οποία εξελίσσεται ραγδαία την τελευταία δεκαετίες. Μία από τις πιο δημοφιλείς τεχνικές 3D εκτύπωσης είναι η κατασκευή με εναπόθεση τήγματος υλικού, κατά την οποία πραγματοποιείται εναπόθεση του τηγμένου υλικού που εξωθείται από τη μήτρα του εκτυπωτή σε μία πλατφόρμα εκτύπωσης, πάνω στην οποία στερεοποιείται ενώ η κατασκευή του αντικειμένου γίνεται στρώση προς στρώση. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται κατά την 3D εκτύπωση είναι τα θερμοπλαστικά πολυμερή, όπως η πολυβινυλική αλκοόλη, το πολυγαλακτικό οξύ και άλλα. Κύριες εφαρμογές της 3D εκτύπωσης απαντώνται σε τομείς της αεροναυπηγικής, της αυτοκινητοβιομηχανίας και της βιοϊατρικής. Κατά την τελευταία περίπτωση είναι επιθυμητή η χρήση υδρογελών, οι οποίες όμως είναι δύσκολο ως προς την εκμετάλλευση τους καθώς, δεν δύναται να διατηρηθεί ακέραια η δομή κατά τη διάρκεια και μετά το πέρας της εκτύπωσης. Η πολυβινυλική αλκοόλη είναι ένα θερμοπλαστικό πολυμερές, το οποίο είναι υδατοδιαλυτό, βιοσυμβατό και βιοαποικοδομήσιμό, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο υλικό για χρήση σε φαρμακετικά σκευάσματα. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο σχεδιασμός πειραμάτων μελέτης 3D εκτύπωσης με χρήση PVA και τη δημιουργία δισκίων για την ελεγχόμενη χορήγηση φαρμάκου. Συγεκριμένα, πραγματοποιήθηκε μελέτη τριών παραμέτρων εκτύπωσης: πάχος ίνας, ύψος στρώσης και ταχύτητα εκτύπωσης, με τον αριθμό των πειραμάτων να είναι ίσος με 27. Η αξιολόγηση, των παραμέτρων των εκτυπωμένων δοκιμίων, που σχεδιάστηκαν μέσω FullControl XYZ, ως προς τη διαστατική ακρίβεια πραγματοποιήθηκε με χρήση του στερεοσκοπίου και της στατιστικής ανάλυσης (λογισμικό MINITAB). Με τη βοήθεια αυτής της αξιολόγησης επιλέχθηκαν οι βέλτιστες τιμές των παραμέτρων που θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή των χαπιών. Ακολούθως, αναπτύχθηκαν δισκία κυλινδρικού σχήματος για την ενσωμάτωση φαρμάκων με τη χρήση λογισμικού CAD, το Fusion 360. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή της υδρογέλης gellan gum, η οποία εξετάστηκε ως προς τα ρεολογικά χαρακτηριστικά της και την ικανότητα απελευθέρωσης δραστικής ουσίας, και η ενσωμάτωση της ιβουπροφαίνης, η οποία είναι η δραστική ουσία που προέκυψε από την απομόνωσή της από χάπια εμπορίου. Τέλος, το σύστημα υδρογέλης-ιβουπροφαίνης τοποθετήθηκε μέσα στα 3D εκτυπωμένα δισκία και πραγματοποιήθηκαν μελέτες διαλυτοποίησης για την αξιολόγηση της απελευθέρωσης της δραστικής ουσίας, με τη χρήση του οργάνου HPLC. Η αξιολόγηση για την απελευθέρωση της δραστικής ουσίας επικεντρώθηκε στο διάγραμμα επί τοις εκατό απελευθέρωσης δραστικής ουσίας συναρτήσει του χρόνου, με τις καμπύλες να υποδεικνύουν την ραγδαία απελευθέρωση της ιβουπροφαίνης από δισκία, που όπως μελετήθηκαν στο μικροσκόπιο παρουσίαζαν μεγαλύτερες οπές (TR048020_20, TR048020_30 και TR036020_30), ενώ ένα δισκίο (TR036020_20), με τις μικρότερες οπές στη δομή του, παρουσίασε αποδέσμευση μηδενικής τάξης. Τα αποτελέσματα ενισχύθηκαν και με τη μελέτη της πορώδους δομής των δισκίων μέσω υπολογιστικής μικρο-τομογραφίας ακτινών Χ, κατά την οποία αποφάνθηκε ότι οι παράμετροι που μελετήθηκαν επιδρούν στην τελική δομή των δισκίων. Αναφορικά με την απελευθέρωση μηδενικής τάξης, αυτή ενδείκνυται για φαρμακευτική αγωγή καθώς, εξασφαλίζει σταθερή δόση φαρμάκου για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, μειώνοντας έτσι την ανάγκη για συχνές δόσεις ενώ παράλληλα ελαχιστοποιούνται και οι παρενέργειες. Εν κατακλείδι, μελλοντικά το δισκίο με απελευθέρωση μηδενικής τάξης θα μπορούσε να μελετηθεί περαιτέρω για την ανάπτυξη δισκίων ελεγχόμενης αποδέσμευσης λόγω της αποτελεσματικότητάς του και της δυνατότητας για τη βελτιστοποίηση της θεραπείας ασθενών.	el
heal.abstract	3D printing is an innovative prototype manufacturing technology that has been rapidly evolving over the last decades. One of the most popular 3D printing techniques is Fused Filament Fabrication, in which molten material is extruded from the printer's nozzle onto a printing platform, where it solidifies, and the object is constructed layer by layer. The materials used in 3D printing include thermoplastic polymers, such as polyvinyl alcohol, polylactic acid, and others. Basic applications of 3D printing are found in fields such as aerospace, automotive sector, and biomedicine. In the latter, hydrogels are highly desirable, but they are difficult to use because it is challenging to maintain the integrity of the structures during and after the printing process. Polyvinyl alcohol (PVA) is a thermoplastic polymer that is water soluble, bio-compatible, and biodegradable, making it a suitable material for pharmaceutical formulations. The purpose of this study is to design experimental procedures for 3D printing using PVA and to develop tablets for controlled drug release. Specifically, three printing parameters were investigated: extrusion width, layer height, and printing speed, with a total of 27 experiments conducted. The evaluation of the dimensional accuracy of the printed specimens, designed through FullControl XYZ, was carried out using stereoscopy and statistical analysis (MINITAB). Based on this evaluation, the optimal parameter values were selected for the fabrication of tablets. Subsequently, cylindrical tablets were developed for drug incorporation using CAD software, Fusion 360. Afterwards, gellan gum hydrogel was prepared, which was tested for its rheological properties and drug release capability and ibuprofen, which is the active pharmaceutical ingredient and was isolated from commercial tablets, was incorporated. Finally, the hydrogel-ibuprofen system was embedded into the 3D printed tablets, and dissolution studies were performed using HPLC to evaluate the drug release. The drug release evaluation focused on the diagram of percent release of the active pharmaceutical ingredient versus time, whith the curves indicating rapid release from tablets, which as observed under the microscope, showed larger pores (TR048020_20, TR048020_30 and TR036020_30), while one tablet (TR036020_20), which had smaller pores in its structure, exhibited zero-order release. The results were also supported by the analysis of the porous structure of the tablets by means of computed X-ray micro-tomography, in which it was concluded that the studied parameters affect the final structure of the tablets. Regarding the zero-order release, it is recommended for pharmaceutical treatments as it ensures a steady drug dose for a longer period of time, reducing the need for frequent dosing while minimizing side effects. In conclusion, the tablet with zero-order release could be further studied in the future for the development of controlled-release tablets due to its efficiency and potential to optimize patient treatment.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	81 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false