Naslov (srp)

Композитни хидрогелови на бази интерпенетрирајућих мрежа винилних и природних полимера и наночестица калцијум-фосфата: синтеза, својства и примена у биомедицини : докторска дисертација

Autor

Ugrinović, Vukašin Đ., 1992-

Doprinosi

Panić, Vesna, 1982-
Veljović, Đorđe, 1977-
Božić, Bojan Đ., 1984-
Ljujić, Biljana, 1974-
Janaćković, Đorđe, 1964-
Kalagasidis Krušić, Melina, 1974-
Marković, Маја, 1989-

Opis (eng)

In this doctoral dissertation, various hydrogels based on interpenetrating networks ofpoly(methacrylic acid) (PMAA) and natural polymers (gelatin, alginate and chitosan) were synthesizedand characterized, whereby the greatest attention was paid to the examination of hydrogels based onPMAA and gelatin (PMAG), which showed the best mechanical properties and satisfactorybiocompatibility. The highest values of tensile strength, toughness, compressive strength and modulusof PMAG hydrogels were 1.44±0.17 MPa, 4.91±0.51 MJ m-3, 24.81±5.85 MPa and 0.75±0.06 MPa,respectively, while the water content (WC) of hydrogels was in the range of 49-68%. With the additionof NaOH, PMAG-Na hydrogels with increased porosity, excellent mechanical properties andbiocompatibility, suitable for use in biomedicine, were obtained. The WC of PMAG-Na hydrogels was50-80%, while the highest values of compressive strength and modulus were 15.7±0.46 and 0.16±0.01MPa, respectively. Increasing the PMAA/gelatin ratio in the structure of hydrogels, as well as reducingthe content of crosslinkers, contributed to the increase of degradability in simulated physiologicalconditions, while hydrogels without crosslinkers were almost completely degraded after 14 days of theexperiment.After the synthesis and characterization of PMAG hydrogels, the possibility of incorporatingbioactive ceramic particles was investigated, in order to obtain composite hydrogels suitable for bonetissue engineering. The bioactive calcium-phosphate phase used as a filler for the composites consistedof calcium-hydroxyapatite (HAP) and ß-tricalcium-phosphate (ß-TCP) particles, obtained by ahydrothermal process and subsequent calcination in the case of ß-TCP. The synthesized compositehydrogels were characterized by a highly porous structure (porosity in the range of 83-93%), goodbiocompatibility (viability of L929 cells was greater than 75% in all samples) and pH sensitivity. Themechanical properties of the composite improved with the increase in the content of bioactive ceramics,while the addition of HAP had a more pronounced effect on improving the mechanical propertiescompared to ß-TCP.In addition, this dissertation also examined the influence of poly(ethylene glycol) diacrylate(PEGDA) on the properties of hydrogels, and the possibility of replacing the most commonly usedcrosslinker for vinyl-based hydrogels - N,N'-methylenebisacrylamide (MBA). PMAA-PEGDAhydrogels showed significantly better mechanical properties compared to PMAA-MBA, while retainingthe property of pH sensitivity. In vitro drug release tests showed that PMAA-PEGDA hydrogels aresuitable for controlled release of oxaprozin in the colon. In addition to crosslinking with acrylate-basedchemical crosslinkers, it was shown that PMAA hydrogels can be additionally crosslinked by ionic bondsusing multivalent metal cations, where the degree of crosslinking was influenced by the amount of chargeand the ionic radius of the cation.

Opis (srp)

У овој докторској дисертацији синтетисани су и испитани различити хидрогелови чија сеструктура базира на интерпенетрирајућим мрежама поли(метакрилне киселине) (ПМК) иприродних полимера (желатина, алгината и хитозана), при чему су детаљнија истраживањапосвећена испитивању својстава хидрогелова на бази ПМК и желатина (ПМКЖ), који су показалинајбоља механичка својства и задовољавајућу биокомпатибилност. Највише вредности затезнечврстоће, жилавости, притисне чврстоће и модула ПМКЖ хидрогелова износиле су 1,44±0,17MPa, 4,91±0,51 MJ m-3, 24,81±5,85 МРа и 0,75±0,06 MPa, редом, при чему је удео воде у структурибио у опсегу од 49-68%. Са додатком NaOH, добијени су ПМКЖ-Na хидрогелови повећанепорозности, одличних механичких својстава и биокомпатибилности, погодни за примену убиомедицини. Удео воде у структури ПМКЖ-Na хидрогелова износио је од 50-80%, док сунајвише вредности притисне чврстоће и модула износиле 15,7±0,46 и 0,16±0,01 MPa, редом.Повећање односа желатин/ПМК у структури хидрогелова, као и смањење садржаја умреживача,допринело је повећању разградивости у симулираним физиолошким условима, док су сехидрогелови без умреживача скоро у потпуности разградили након 14 дана експеримента.Након синтезе и карактеризације ПМКЖ хидрогелова, испитана је могућностинкорпорације честица биоактивне керамике у циљу добијања композитних хидрогеловапогодних за инжењерство коштаног ткива. Биоактивна калцијум-фосфатна фаза коришћена каопунилац за композите састојала се од честица калцијум-хидроксиапатита (ХАП) и ß-трикалцијумфосфата (ß-ТЦП), добијених хидротермалним поступком и накнадном калцинацијом у случају ß-ТЦП. Синтетисани композитни хидрогелови су се одликовали изразито порозном структуром(порозност у опсегу од 83-93%), прихватљивом биокомпатибилношћу (вијабилност L929 ћелијаје била већа од 75% код свих узорака) и рН осетљивошћу. Механичка својства композитапобољшана су са повећањем садржаја биоактивне керамике, при чему је додатак ХАП у односуна ß-ТЦП имао израженији ефекат на побољшање механичких својстава.Поред наведених истраживања, у овој дисертацији је испитан и утицај поли(етилен-гликол)диакрилата (ПЕГДА) на својства хидрогелова, и могућност замене најчешћепримењиваног умреживача за добијање хидрогелова на бази винилних мономера - N,N’-метиленбисакриламидa (МБА). ПМК-ПЕГДА хидрогелови су показали значајно боља механичкасвојства у односу на ПМК-МБА, при чему су задржали својство рН-осетљивости. In vitro тестовиотпуштања лекова, показали су да су ПМК-ПЕГДА хидрогелови погодни за контролисаноотпуштање нестероидног антиупалног лека - оксапрозина у дебело црево. Осим умрежавањахемијским умреживачима на бази акрилата, показано је да се ПМК хидрогелови могу додатноумрежити и јонским везама помоћу вишевалентних катјона метала, при чему су на степенумрежавања утицали количина наелектрисања и јонски радијус катјона.

Opis (srp)

Технолошко инжењерство - Инжењерство материјала / Technological Engineering - Material Engineering Datum odbrane: 01.12.2023.

Jezik

srpski

Datum

2023

Licenca

Ovo delo je licencirano pod uslovima licence
Creative Commons CC BY-NC-ND 3.0 AT - Creative Commons Autorstvo - Nekomercijalno - Bez prerada 3.0 Austria License.

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/at/legalcode

Predmet

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ispitivanje materijala. Inženjerstvo materijala

поли(метакрилна киселина); желатин; интерпенетрирајуће мреже, композитни хидрогелови; калцијум-хидроксиапатит; ß-трикалцијум-фосфат; механичка својства; отпуштање лекова

OSNO - Opšta sistematizacija naučnih oblasti, Ispitivanje materijala. Inženjerstvo materijala

poly(methacrylic acid); gelatin; interpenetrating networks, composite hydrogels; calcium- hydroxyapatite; ß-tricalcium-phosphate; mechanical properties; drug release;