Badania mikroskopowe nanowłóknistych struktur z polilaktydu i żelatyny jako potencjalnych biomateriałów dla medycyny regeneracyjnej

• Autorzy: Magiera A. , Błażewicz S.

Warianty tytułu

EN

Microscopic study of nanofibrous structures of polylactide and gelatine as potential biomaterials for regenerative medicine

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W wyniku procesu elektroformowania (ang. electro-spinning, ES) otrzymywana jest włóknista forma polimeru. W wyniku modyfikacji polimerowego prekursora poprzez dodatek nanomodyfikatorów możliwe staje się uzyskanie włókien nanokompozytowych. Jednoczesne elektroformowanie (ang. concurrent electrospinning, co-ES), stanowiące modyfikację standardowej techniki ES, umożliwia wytworzenie nowej grupy materiałów, np. powłok zbudowanych z różnorodnych komponentów, włóknistych struktur przestrzennych na rusztowania komórkowe, materiałów gradientowych o różnym udziale składnika włóknistego, włóknistych zbrojeń w technologii nanokompozytów i wielu innych. Celem niniejszej pracy było opracowanie warunków formowania nanowłókien z PLA i GEL. Badania te stanowią pierwszy etap pracy, której celem jest opracowanie warunków jednoczesnego elektroformowania kompozytowej struktury PLA/GEL. W ramach omawianej pracy otrzymano oddzielnie włókna polimerowe z PLA lub żelatyny. W tym celu przeprowadzono proces elektroformowania z wykorzystaniem układu doświadczalnego zaprojektowanego i skonstruowanego w Katedrze Biomateriałów, AGH. Włókniste osady w formie maty były zbierane na uziemionym, obracającym się kolektorze pokrytym folią aluminiową. Otrzymane materiały były badane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (ang. scanning electron microscope, SEM). Podczas badania uzyskanych włókien polimerowych wyznaczono ich średnice oraz analizowano ich morfologię. Średnice uzyskanych włókien z PLA zawierają się w przedziale 0,8-2,0 μm, natomiast włókien żelatynowych w przedziale 0,3-0,6μm. Uzyskane wartości charakteryzowały się niewielkim zróżnicowaniem i zależały od warunków eksperymentalnych procesu elektroformowania. Przedstawiono także wyniki badań otrzymywania włóknistej warstwowej kompozycji złożonej z nanowłókien. Podczas tego procesu na włókna polilaktydowe zebrane na folii aluminiowej nałożono warstwę włókien żelatynowych. Uzyskane struktury były badane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego.

EN

During the electrospinning (ES) process fibrous form of the polymer is obtained. Due to specific modification of a polymer precursor with nanoconstituents, nanocomposite fibres can also be produced. The concurrent electrospinning (co-ES) technique is a modification of the standard ES method in which multiple polymeric jets are being generated. This technique enables to develop new forms of structures - e.g., coatings, 3-D space architectures, gradient materials, fibrous reinforcements in nanocomposites. Our aim was to obtain the PLA and GEL nanofibres as the first stage of the experiments leading to concurrent electrospinning of the composite polylactide/ gelatine material. In this work individual polymeric fibres made of PLA or GEL were successfully produced. To do so the electrospinning setup designed and constructed in our Department was used. Fibrous deposits were collected on grounded rotating mandrel covered with aluminium foil. The obtained materials were analysed using scanning electron microscope (SEM). During the examination of the fibres acquired their diameters were measured. The general analysis of their morphologies was performed as well. Diameters of the PLA fibres obtained in this work ranged between 0.8 and 2.0 μm. GEL fibres were much smaller and had diameters ranging from 0.3 to 0.6 μm. All these values were narrowly distributed and depended on the experimental conditions. Composite polymeric material, get by layered deposition technique, was also obtained. During this process PLA fibres were firstly obtained on the aluminium foil and then covered with GEL fibres. The structure obtained was analysed in the same way as individual, nanocomposite polymeric fibres.

Słowa kluczowe

PL

elektroformowanie; inżynieria tkankowa; nanowłókna; PLA; żelatyna

EN

electrospinning; tissue engineering; nanofibres; PLA; gelatine

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 16, no. 121
• Strony: 6--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Magiera A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Biomaterials, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Błażewicz S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Biomaterials, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Frenot A., Chronakis I.S.: Polymer nanofibers assembled by electrospinning. Current Opinion in Colloid and Interface Science 8 (2003) 64-75.
• [2] Chigome S., Torto N.: A review of opportunities for electrospun nanofibers in analytical chemistry. Analytica Chimica Acta 706 (2011) 25-36.
• [3] Balamurugan R., Sundarrajan S., Ramakrishna S.: Recent Trends in Nanofibrous Membranes and Their Suitability for Air and Water Filtrations. Membranes 1 (2011) 232-248.
• [4] Inagaki M., Yang Y., Kang F.: Carbon Nanofibers Prepared via Electrospinning, Advanced Materials 24 (2012) 2547-2566.
• [5] Zhang H., Yu M., Xie L., Jin L., Yu Z.: Carbon-Nanofibers-Based Micro-/Nanodevices for Neural-Electrical and Neural-Chemical Interfaces. Journal of Nanomaterials 2012 (2012) 280902.
• [6] Liu W., Thomopoulos S., Xia Y.: Electrospun Nanofibers for Regenerative Medicine. Advanced Healthcare Materials 1 (2012) 10-25.
• [7] Sas I., Gorga R.E., Joines J.A., Thoney K.A.: Literature Review on Superhydrophobic Self-Cleaning Surfaces Produced by Electrospinning. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 50 (2012) 824-845.
• [8] Khadka D.B., Haynie D.T.: Protein- and peptide-based electrospun nanofibers in medical biomaterials. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 8 (2012) 1242-1262.
• [9] Garlotta D.: A Literature Review of Poly(Lactic Acid). Journal of Polymers and the Environment 9 (2001) 63-84.
• [10] Ip W.Y.: Polylactide membranes and sponges in the treatment of segmental defects in rabbit radii. Injury 33 (2002) S-B-66-70.
• [11] Aliyeva E., Sakallioglu U., Erena Z., Acikgoz G.: The effect of polylactide membranes on the levels of reactive oxygen species in periodontal flaps during wound healing. Biomaterials 25 (2004) 4633-4637.
• [12] Gugala Z., Gogolewski S.: Healing of critical-size segmental bone defects in the sheep tibiae using bioresorbable polylactide membranes. Injury 33 (2002) S-B-71-76.
• [13] Holzwartha J.M., Ma P.X.: Biomimetic nanofibrous scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials 32 (2011) 9622-9629.
• [14] Levorson E.J., Sreerekha P.R., Chennazhi K.P., Kasper F.K., Nair S.V., Mikos A.G.: Fabrication and characterization of multi- scale electrospun scaffolds for cartilage regeneration. Biomedical Materials 8 (2013) 014103.
• [15] Mouthuy P.A., Ye H., Triffitt J., Oommen G., Cui Z.: Physico- chemical characterization of functional electrospun scaffolds for bone and cartilage tissue engineering. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine 224 (2010) 1401-1414.
• [16] Lee Y.S., Arinzeh T.L.: Electrospun Nanofibrous Materials for Neural Tissue Engineering. Polymers 3 (2011) 413-426.
• [17] Gu S.Y., Wang Z.M., Ren J., Zhang C.Y.: Electrospinning of gelatin and gelatin/poly(L-lactide) blend and its characteristics for wound dressing. Materials Science and Engineering: C 29 (2009) 1822-1828.
• [18] Chiu J.B., Liu C., Hsiao B.S., Chu B., Hadjiargyrou M.: Functionalization of poly(L-lactide) nanofibrous scaffolds with bioactive collagen molecules. Journal of Biomedical Materials Research Part A 83A (2007) 1118-1127.
• [19] Torres-Giner S., Gimeno-Alcaniz J.V., Ocio M.J., Lagaron J.M.: Optimization of Electrospun Polylactide-Based Ultrathin Fibers for Osteoconductive Bone Scaffolds. Journal of Applied Polymer Science 122 (2011) 914-92.
• [20] Ratanavaraporn J., Damrongsakkul S., Sanchavanakit N., Banaprasert T., Kanokpanont S.: Comparison of Gelatin and Collagen Scaffolds for Fibroblast Cell Culture. Journal of Metals, Materials and Minerals 16 (2006) 31-36.
• [21] Ladd M.R., Lee S.J., Stitzel J.D., Atala A., Yoo J.J.: Co-electrospun dual scaffolding system with potential for muscleetendon junction tissue engineering. Biomaterials 32 (2011) 1549-1559.
• [22] Huanga Z.M., Zhang Y.Z., Kotakic M., Ramakrishna S.: A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites. Composites Science and Technology 63 (2003) 2223-2253.
• [23] Sundararaghavan H.G., Burdick J.A.: Gradients with Depth in Electrospun Fibrous Scaffolds for Directed Cell Behavior. Biomacromolecules 12 (2011) 2344-2350.
• [24] Socha A., Błażewicz M.: Microscopic studies of polylactide electrospun fibres designed for tissue engineering scaffolds. Engineering of Biomaterials 115 (2012) 12-17.

Uwagi

PL

Niniejsza praca była finansowana z funduszu badań sta¬tutowych prowadzonych na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH, projekt nr 11.11.160.256.