3D printing of wound dressings materials using a light-based technology
| Main Author: | |
|---|---|
| Publication Date: | 2024 |
| Format: | Master thesis |
| Language: | eng |
| Source: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Download full: | https://hdl.handle.net/10316/117813 |
Summary: | Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia |
| id |
RCAP_a531d5895e5d5970e601c7a77b5c545a |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:estudogeral.uc.pt:10316/117813 |
| network_acronym_str |
RCAP |
| network_name_str |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| repository_id_str |
https://opendoar.ac.uk/repository/7160 |
| spelling |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technologyImpressão 3D de materiais para pensos de feridas através de uma tecnologia baseada em luz3D printingHydrogelsWound dressingsMicropatterningGallic acidImpressão 3DHidrogéisPensos para feridasMicropadronizaçãoÁcido gálicoDissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaThe lack of personalization and customization of dressings according to individual wound needs has limited the improvement in the wound healing process. Hydrogels have gained much attention and have emerged as promising candidates for wound dressings, as they can enhance and accelerate the wound healing process due to their tunable properties and ability to provide an optimal healing environment rather than just providing protection to the wound site. 3D printing technologies have brought great contributions to tissue engineering. Digital Light Processing (DLP), a light-based printing technique, has gained much attention as it can provide high-resolution printed constructs. So, the fusion of hydrogels and DLP technique has revolutionized the field of wound care, as it allows complete personalization and customization of dressing composition and shape. In this study, 3D-printed hydrogels were fabricated by preparing photocurable bioresins with biocompatible polymers to ensure the biocompatibility of the wound dressing. The printability of the constructs was provided by functionalizing the polymers, in order to incorporate functional groups that would allow them to have photocurable moieties. The functionalization of the precursors was confirmed by proton nuclear magnetic resonance 1H NMR and Fourier-Transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The bioresins were prepared with functionalized gelatin, GelMA, as the base polymer and functionalized hyaluronic acid (HAMA), microcrystalline cellulose (MCCA) and poly (ethylene glycol) (PEG) as the testing polymers. The fabricated hydrogels GelMA, GelMA:HAMA, GelMA:MCCA and GelMA:PEG were further characterized to assess the impact of the different polymers. The swelling capacity of the hydrogels was shown to increase by 400-800% of their initial weight. The mechanical properties of the hydrogels revealed a compressive strain of 99-382 kPa and a Young’s modulus of 23-106 kPa. The hydrolytic degradation and gel content were also evaluated, showing a weight loss of less that 5% and a gel content comprised between 80 and 95%. The incorporation of drugs to aid the healing process was also tested. Gallic acid (GA) was the chosen drug, due to its unique anti-inflammatory and antioxidant properties. The incorporation of these drugs provided the hydrogels with excellent antioxidant properties, as they were able to scavenge about 80% of free radicals in 4 hours. The high-resolution of the DLP allowed the hydrogels to be printed with microstructures that were related to an improvement in the adhesion of the hydrogels. The hydrogels were printed with two different microstructures on the surface, micro-pyramids and micro-spikes, and studied for their enhancement in the adhesion of the hydrogels. The adhesion tests revealed that the micro-spike surface prevailed. Further adhesion tests were conducted to evaluate the influence of the GA and an iron ion (Fe3+) solution in improving the adhesion of the hydrogels. Finally, the in vitro cytocompatibility tests on a fibroblast cell line proved that the developed materials are cytocompatible, opening new prospects for their application as an innovative wound dressing material.A falta de personalização e customização dos pensos de feridas tem conduzido a limitações no processo de cicatrização. Entre as várias opções terapêuticas, os hidrogéis têm recebido muita atenção e surgido como candidatos promissores para o desenvolvimento de recobrimentos de feridas, pois permitem auxiliar e acelerar o processo de cicatrização devido às suas propriedades ajustáveis e à sua capacidade de proporcionar um ambiente mais favorável à regeneração, em vez de fornecer apenas proteção ao local da ferida. Por sua vez, as tecnologias de impressão 3D têm feito grandes contribuições no campo da engenharia de tecidos. O processamento digital por luz (PDL), uma técnica de impressão baseada em luz, tem recebido muita atenção pois consegue produzir construções impressas com alta resolução. Deste modo, a fusão dos hidrogéis com a técnica de DLP tem revolucionado o campo do tratamento de feridas, visto que permite uma total personalização e customização da composição e forma do curativo.Neste trabalho, hidrogéis impressos por impressão 3D foram fabricados através da preparação de bioresinas fotopolimerizáveis de polímeros biocompatíveis para garantir a biocompatibilidade do penso. A capacidade de imprimir os hidrogéis foi proporcionada pela funcionalização dos polímeros, que permitiu a incorporação de grupos funcionais que lhes conferem as propriedades de fotopolimerização. A funcionalização dos precursores foi confirmada por ressonância magnética nuclear de protão (1H RMN) e espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (ATR-FTIR). As bioresinas foram preparadas com gelatina funcionalizada, GelMA, como polímero base dos hidrogéis e ácido hialurónico funcionalizado (HAMA), celulose microcristalina funcionalizada (MCCA) e polietileno glicol (PEG) como polímeros a testar. Os hidrogéis fabricados, GelMA, GelMA:HAMA, GelMA:MCCA e GelMA:PEG foram, posteriormente, caracterizados de forma a avaliar o impacto dos diferentes polímeros nas suas propriedades. A capacidade de absorção dos hidrogéis aumentou de 400-800% em relação ao seu peso inicial. As propriedades mecânicas dos hidrogéis revelaram uma resistência compressiva entre 99 e 382 kPa e um módulo de Young entre 23 a 106 kPa. A degradação hidrolítica e o teor em gel dos hidrogéis foram também avaliados, onde se obteve uma perda de peso inferior a 5% e um teor em gel entre 80 e 95%. Foi ainda testada a incorporação de fármacos para auxiliar o processo de regeneração na estrutura dos hidrógeis. O ácido gálico (GA) foi o fármaco escolhido, devido às suas propriedades anti-inflamatórias e antioxidantes. A incorporação deste fármaco conferiu aos hidrogéis excelentes propriedades antioxidantes, sendo capazes de neutralizar cerca de 80% dos radicais livres em apenas 4 horas.A alta resolução da técnica de PDL permitiu imprimir hidrogéis com microestruturas, que estão associadas a uma melhoria na adesão dos hidrogéis. Na superfície dos hidrogéis foram impressos dois modelos de microestruturas, micro-pirâmides e micro-picos, e estudados quanto à sua influência na adesão dos hidrogéis. Os testes de adesão revelaram que a superfície com micro-picos se destacou. Foi testado o efeito de uma solução de iões de ferro (Fe3+) na melhoria da capacidade de adesão dos hidrogéis. Realizaram-se, ainda, ensaios de contacto celular dos hidrogéis impressos numa linha celular de fibroblastos que revelaram resultados promissores quanto à sua citocompatibilidade.2024-09-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/117813https://hdl.handle.net/10316/117813TID:203826817engMedeiros, Matilde Cabral deinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-01-22T23:11:19Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117813Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:42.362978Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
| dc.title.none.fl_str_mv |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology Impressão 3D de materiais para pensos de feridas através de uma tecnologia baseada em luz |
| title |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology |
| spellingShingle |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology Medeiros, Matilde Cabral de 3D printing Hydrogels Wound dressings Micropatterning Gallic acid Impressão 3D Hidrogéis Pensos para feridas Micropadronização Ácido gálico |
| title_short |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology |
| title_full |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology |
| title_fullStr |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology |
| title_full_unstemmed |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology |
| title_sort |
3D printing of wound dressings materials using a light-based technology |
| author |
Medeiros, Matilde Cabral de |
| author_facet |
Medeiros, Matilde Cabral de |
| author_role |
author |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Medeiros, Matilde Cabral de |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
3D printing Hydrogels Wound dressings Micropatterning Gallic acid Impressão 3D Hidrogéis Pensos para feridas Micropadronização Ácido gálico |
| topic |
3D printing Hydrogels Wound dressings Micropatterning Gallic acid Impressão 3D Hidrogéis Pensos para feridas Micropadronização Ácido gálico |
| description |
Dissertação de Mestrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia |
| publishDate |
2024 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2024-09-25 |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
https://hdl.handle.net/10316/117813 https://hdl.handle.net/10316/117813 TID:203826817 |
| url |
https://hdl.handle.net/10316/117813 |
| identifier_str_mv |
TID:203826817 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia instacron:RCAAP |
| instname_str |
FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
| instacron_str |
RCAAP |
| institution |
RCAAP |
| reponame_str |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| collection |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia |
| repository.mail.fl_str_mv |
info@rcaap.pt |
| _version_ |
1833602610063474688 |