Επιφανειακές ιδιότητες βιοϊατρικών ικριωμάτων με πολυλειτουργικές ιδιότητες για βελτιωμένη βιοενσωμάτωση
Loading...
Date
2023-10-19
Authors
Θάμπετ, Μαρία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η βιοϊατρική μηχανική και η ιστομηχανική έρχονται να καλύψουν τις ανάγκες της σύγχρονης ιατρικής όπου είναι απαραίτητη είναι η ανάπτυξη και η κατασκευή κατάλληλων βιοϋλικών για τις εφαρμογές τους στα πεδία αυτά. Η δημιουργία τρισδιάστατων τεχνητών μικροδομών, των λεγόμενων ικριωμάτων, βασίζεται σε προηγμένες τεχνολογίες κατασκευής όπως η τρισδιάστατη (3D) εκτύπωση και η ηλεκτροϊνοποίηση. Μια πρόκληση των τελευταίων χρόνων είναι η ανάπτυξη σύνθετων βιοϋλικών με βιομιμητικά χαρακτηριστικά, που συνήθως είναι πορώδη και έχουν ιδιότητες παρόμοιες με αυτές των ιστών του ανθρώπινου οργανισμού. Αυτή είναι δυνατή με την βοήθεια των προηγμένων τεχνολογιών που αναφέρθηκαν, όπως η 3D εκτύπωση και η ηλεκτροϊνοποίηση. Η τρισδιάστατη εκτύπωση, ή προσθετική κατασκευή, είναι μια μέθοδος η οποία επιτρέπει την κατασκευή πολύπλοκων δομών προσθέτοντας υλικά, με στρώσεις η μία πάνω στην άλλη και βρίσκει εφαρμογές κυρίως στη μηχανική των οστών [1]. Η τεχνική της ηλεκτροϊνοποίησης χρησιμοποιείται για την δημιουργία ινωδών ικριωμάτων και επιλέγεται στην ιστομηχανική συνήθως για εφαρμογές στην επούλωση δερματικών τραυμάτων [2].
Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η εξέταση των επιφανειακών ιδιοτήτων τρισδιάστατων ικριωμάτων κατασκευασμένα μέσω της τρισδιάστατης (3D) εκτύπωσης και της ηλεκτροϊνοποίησης. Τα υλικά που μελετήθηκαν ήταν: πολυγαλακτικό οξύ (PLA), πολυεθεριμίδιο (PEI), PEI ενισχυμένο με υδροξυαπατίτη (HAp) και PEI ενισχυμένο με νανοσωματίδια γραφενίου (GNPs), τα οποία είχαν μελετηθεί σε προηγούμενη έρευνα [3], [4]. Τα ποσοστά ενίσχυσης ήταν τα παρακάτω: PEI ενισχυμένο με 1% HAp, PEI ενισχυμένο με 0,5% GNPs, PEI ενισχυμένο με 1% HAp & 0,5% GNPs. Οι κύριες επιφανειακές ιδιότητες των βιοϊατρικών ικριωμάτων είναι η τραχύτητα, που επηρεάζει την ποιότητα της προσκόλλησης των ανθρώπινων κυττάρων στο υλικό, και η δυσκαμψία που επηρεάζει την κυτταρική διαφοροποίηση, ενώ και οι δύο παίζουν σημαντικό ρόλο στη βιοαναγνώριση. Τα δείγματα που μελετήθηκαν ήταν δύο ειδών: (i) συμπαγές PLA κατασκευασμένο μέσω της τρισδιάστατης εκτύπωσης και (ii) τρισδιάστατα ικριώματα PEI (και τα σύνθετά τους) κατασκευασμένα μέσω της ηλεκτροϊνοποίησης. Εικόνες από Hλεκτρονικό Mικροσκόπιο Σάρωσης (SEM) ελήφθησαν για την παρατήρηση της μορφολογίας των ικριωμάτων. Επιπλέον, η μορφολογία και η τραχύτητα και των δύο ειδών ικριωμάτων (PLA και PEI) μελετήθηκαν με το Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM). Στη συνέχεια, οι μηχανικές ιδιότητες, όπως το μέτρο ελαστικότητας και η σκληρότητα των ικριωμάτων εξετάστηκαν μέσω της τεχνικής της Νανοεισχώρησης. Οι δυνάμεις εισχώρησης που εφαρμόστηκαν σε διαφορετικές περιοχές των υλικών ήταν: 600, 2000 και 5000 μΝ.
Μερικά αποτελέσματα ήταν: (1) Η τεχνική AFM είναι αρκετά ευαίσθητη, γεγονός που κάνει δύσκολη την παρατήρηση τέτοιου είδους υλικών και απαιτεί την ανάλυση πολλαπλών δειγμάτων από το ίδιο υλικό που μελετάται. (2) Η τραχύτητα των διπλά ενισχυμένων δειγμάτων PEI με HΑp και GNPs ήταν σημαντικά υψηλότερη συγκριτικά με αυτή των υπόλοιπων δειγμάτων. Αυτό ήταν αναμενόμενο λόγω της δημιουργίας των συσσωματωμάτων που προκύπτει από την διαδικασία της ενίσχυσης. Τα συμπαγή δείγματα PLA παρουσιάζουν μεγάλη οργάνωση στο μακρο-επίπεδο, κάτι που δεν ισχύει στο μικρο-επίπεδο. Από την άλλη πλευρά, τα τρισδιάστατα ηλεκτροϊνοποιημένα ικριώματα είναι ινώδη και παρουσιάζουν κενές πορώδεις περιοχές λόγω της νανοαρχιτεκτονικής τους. Είναι γνωστό για τα πλαστικά ότι η μεγάλη τραχύτητα οδηγεί σε αυξημένα ποσοστά βιοενσωμάτωσης [5] και τέλος, (3) Όλα τα υλικά παρουσιάζουν ιδιομορφίες και ανομοιογένειες στο νανο-επίπεδο από το ένα σημείο στο άλλο, στο ίδιο υλικό.
Description
Keywords
Βιοϊατρικά ικριώματα, Ηλεκτροϊνοποίηση, Τρισδιάστατη εκτύπωση βιοϋλικών, Επιφανειακές ιδιότητες βιοϋλικών