Επιφανειακές ιδιότητες βιοϊατρικών ικριωμάτων με πολυλειτουργικές ιδιότητες για βελτιωμένη βιοενσωμάτωση
| datacite.contributor.RelatedPerson | Κωνσταντίνος Αποστολόπουλος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Βασίλειος Κωστόπουλος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Γεώργιος Μηχανετζής | |
| dc.contributor.author | Θάμπετ, Μαρία | |
| dc.contributor.other | Thabet, Maria | |
| dc.date.accessioned | 2023-10-11T17:44:42Z | |
| dc.date.available | 2023-10-11T17:44:42Z | |
| dc.date.issued | 2023-10-19 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | Biomedical engineering and tissue engineering are coming to meet the needs of modern medicine and so, the development of suitable biomaterials is necessary. The creation of three-dimensional artificial microstructures, so-called scaffolds, is based on advanced manufacturing technologies such as 3D printing and electrospinning. A new challenge is the development of biomimetic biomaterials, which are usually porous materials and have properties similar to those of the natural tissues. This can be achieved with the help of the above-mentioned techniques, 3D printing and the electrospinning, respectively. 3D printing, or additive manufacturing, is a method that allows the construction of complex structures by adding materials, layer-by-layer, and it has applications mainly in bone engineering [1]. The electrospinning method is being used to create fibrous scaffolds and it is often preferred for applications in wound healing [2]. The purpose of the present study was to investigate the surface properties of 3D scaffolds manufactured by 3D printing and electrospinning. The employed materials were: bulk polylactic acid (PLA), bulk polyetherimide (PEI), hydroxyapatite (HAp) reinforced PEI, and graphene nanoplateles (GNPs) reinforced PEI, which were previously investigated [3], [4]. The reinforcement percentages were as follows: 1% HAp reinforced PEI, 0.5% GNPs reinforced PEI, 1% HAp&0.5% GNPs reinforced PEI. The main surface properties of biomaterials are roughness, which affects the adhesion quality of the human cells to the material, and stiffness, which affects cells’ differentiation, while both play an important role in biorecognition. Specimens were of two types: (i) compact PLA 3D printed and (ii) 3D scaffolds produced by electrospinning (PEI and its composites). Scanning electron microscope (SEM) images were taken to observe the morphology of the materials. In addition, the morphology and the roughness of both types of scaffolds (PLA and PEI) were examined by Atomic Force Microscopy (AFM). Further on, the mechanical properties, such as elastic modulus and hardness of the scaffolds were studied through the nanoindentation technique. The applied indentation forces in different areas of the scaffolds were: 600, 2000 and 5000 μΝ. Some outcomes are: (1) The AFM technique is quite sensitive which makes the observation of such materials difficult and requires the analysis of multiple samples of the same investigated material; (2) The roughness of the double reinforced - HAp and GNPs - PEI specimens was significantly higher comparing to the other substrates. This is expected and is due to conglomerates formation. The compact PLA samples are highly organized at macro level but this is not valid at micro-level. On the other hand, the 3D electrospun scaffolds are fibrous and present empty porous regions due to their nanoarchitecture. It is known that for plastics, the increased roughness results in an improved biointegration rates [5] and finally (3) All materials exhibit singularities and inhomogeneities at nano level, from one point to another of the same sample. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/25862 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Βιοϊατρικά ικριώματα | |
| dc.subject | Ηλεκτροϊνοποίηση | |
| dc.subject | Τρισδιάστατη εκτύπωση βιοϋλικών | |
| dc.subject | Επιφανειακές ιδιότητες βιοϋλικών | |
| dc.subject.alternative | Βiomedical scaffolds | |
| dc.subject.alternative | Εlectrospinning | |
| dc.subject.alternative | 3D printed biomaterials | |
| dc.subject.alternative | Βiomaterials' surface properties | |
| dc.title | Επιφανειακές ιδιότητες βιοϊατρικών ικριωμάτων με πολυλειτουργικές ιδιότητες για βελτιωμένη βιοενσωμάτωση | |
| dc.title.alternative | Surface properties of biomedical scaffolds with multi-functional properties for enhanced bio-integration |