Андреа Фиорати

2 INSTM, Национален консорциум по материалознание и технологии, Местно звено Politecnico di Milano, 20133 Милано, Италия

Никола Контеси Негрини

2 INSTM, Национален консорциум по материалознание и технологии, Местно звено Politecnico di Milano, 20133 Милано, Италия

Елена Башенис

Лина Алтомаре

2 INSTM, Национален консорциум по материалознание и технологии, местно звено Politecnico di Milano, 20133 Милано, Италия

Силвия Фаре

2 INSTM, Национален консорциум по материалознание и технологии, Местно звено Politecnico di Milano, 20133 Милано, Италия

Алберто Джакомети Широни

3 Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche (SCITEC-CNR), Via A. Corti 12, 20133 Милано, Италия; ti.rnc.camsi@ittemocaig (A.G.S.); ti.rnc.camsi@inavoip (DP); ti.orebil@ihcidnemr (R.M.)

Даниеле Пиовани

3 Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche (SCITEC-CNR), Via A. Corti 12, 20133 Милано, Италия; ti.rnc.camsi@ittemocaig (A.G.S.); ti.rnc.camsi@inavoip (DP); ti.orebil@ihcidnemr (R.M.)

Раниеро Мендичи

3 Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche (SCITEC-CNR), Via A. Corti 12, 20133 Милано, Италия; ti.rnc.camsi@ittemocaig (A.G.S.); ti.rnc.camsi@inavoip (DP); ti.orebil@ihcidnemr (R.M.)

Моника Феро

Франка Кастильоне

Андреа Меле

3 Istituto di Scienze e Tecnologie Chimiche (SCITEC-CNR), Via A. Corti 12, 20133 Милано, Италия; ti.rnc.camsi@ittemocaig (A.G.S.); ti.rnc.camsi@inavoip (DP); ti.orebil@ihcidnemr (R.M.)

Карло Пунта

2 INSTM, Национален консорциум по материалознание и технологии, Местно звено Politecnico di Milano, 20133 Милано, Италия

Лусио Мелоне

2 INSTM, Национален консорциум по материалознание и технологии, местно звено Politecnico di Milano, 20133 Милано, Италия

Свързани данни

Резюме

Приготвят се стабилни хидрогелове с регулируеми реологични свойства чрез добавяне на Ca 2+ йони към водни дисперсии на 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 1-оксил (TEMPO) -окислени и ултразвукови целулозни нановолокна (TOUS-CNF). Желирането се осъществява чрез взаимодействие между поливалентни катиони и карбоксилните единици, въведени върху TOUS-CNF по време на процеса на окисление. Както динамичните стойности на вискозитет, така и псевдопластичното реологично поведение се увеличават чрез увеличаване на концентрацията на Са 2+, потвърждавайки омрежващото действие на бивалентния катион. Доказано е, че хидрогеловете са подходящи системи с контролирано освобождаване чрез измерване на коефициента на дифузия на лекарствен модел (ибупрофен, IB) чрез спектроскопия с ядрено-магнитен резонанс (NMR) с ярко-магнитен резонанс (ЯМР) с висока резолюция. IB се използва както като свободна молекула, така и като 1: 1 предварително образуван комплекс с β-циклодекстрин (IB/β-CD), показвайки в последния случай по-нисък коефициент на дифузия. И накрая, цитосъвместимостта на хидрогеловете TOUS-CNFs/Ca 2+ беше демонстрирана in vitro чрез индиректни и директни тестове, проведени на клетъчна линия на миши фибробласти L929, като се постига процентно количество жизнеспособни клетки след 7 дни над 70%.

1. Въведение

Сред възможните естествени получени полимери, използвани за производството на хидрогелове за биомедицински приложения, целулозните нановолокна (CNF) се появиха като изключителна алтернатива, благодарение на високата наличност, ниската цена и добрата биосъвместимост на целулозата [16,17,18,19, 20]. Подходящ метод за получаване на CNF се основава на региоселективното окисление на първичните хидроксили на целулозата до съответни карбоксилни групи, катализирани от 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 1-оксил (TEMPO) в присъствието на NaBr/NaClO окислителна система. Получаването на водни дисперсии на наноразмерни влакна се улеснява от използването на ултразвуков процес [20,21,22,23]. TEMPO окислени и ултразвукови целулозни нановолокна (TOUS-CNF) са докладвани като универсални градивни елементи за проектиране на наноструктурирани материали с широк спектър от потенциални приложения [24,25,26,27,28,29,30,31, 32].

Освен това вече е съобщено, че водните дисперсии на TOUS-CNF проявяват интересни реологични свойства, като преминават от ниско вискозни разтвори до силно вискозни гелове в зависимост от концентрацията на фибри [33,34]. По-нататъшното добавяне на електролити (напр. Al 3+, Fe 3+, Zn 2+, Cu 2+, Ca 2+) в дисперсиите на TOUS-CNF екранира повърхностните заряди, водещи до намаляване на подвижността на веригата и, следователно, до омрежването между фибрилите [34]. При тези условия желирането настъпва бързо и механичните и реологични свойства на получените гелове могат да бъдат модулирани чрез промяна на природата на катиона и концентрацията [35,36]. Такива хидрогелове могат да намерят приложение в биомедицината за контролирано освобождаване на активни съставки [37], за подобряване на адхезията на фибробластите [35,36] и за приготвяне на макропорести хидрогелни скелета, подпомагащи растежа на миши фибробластни клетки [38,39,40] . В това отношение TOUS-CNF са особено привлекателни в областта на биопроизводството. Всъщност няколко произведения описват използването им, смесено с други полимери (напр. Алгинат [12,41], желатин [42], пектин [43]), за да подобрят печатаемостта на (био) мастилата и да подобрят верността на формата на отпечатаното скелета.

vitro

Схема на производство на 2,2,6,6-тетраметилпиперидин 1-оксил окислени и ултразвукови целулозни нановолокна (TOUS-CNF) -Ca 2+ хидрогелове.