Title
Композитни хидрогелови на бази интерпенетрирајућих мрежа винилних и природних полимера и наночестица калцијум-фосфата: синтеза, својства и примена у биомедицини
Creator
Ugrinović, Vukašin Đ., 1992-
CONOR:
88645641
Copyright date
2023
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 01.12.2023.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Tehnološko-metalurški fakultet
Alternative title
Composite hydrogels based on interpenetrating networks of vinyl and natural polymers and nano-particles of calcium- phosphates : Synthesis, properties and application in biomedicine
Publisher
[В. Угриновић]
Format
111 стр.
description
Технолошко инжењерство - Инжењерство материјала / Technological Engineering - Material Engineering
Abstract (sr)
У овој докторској дисертацији синтетисани су и испитани различити хидрогелови чија се
структура базира на интерпенетрирајућим мрежама поли(метакрилне киселине) (ПМК) и
природних полимера (желатина, алгината и хитозана), при чему су детаљнија истраживања
посвећена испитивању својстава хидрогелова на бази ПМК и желатина (ПМКЖ), који су показали
најбоља механичка својства и задовољавајућу биокомпатибилност. Највише вредности затезне
чврстоће, жилавости, притисне чврстоће и модула ПМКЖ хидрогелова износиле су 1,44±0,17
MPa, 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 структури
био у опсегу од 49-68%. Са додатком NaOH, добијени су ПМКЖ-Na хидрогелови повећане
порозности, одличних механичких својстава и биокомпатибилности, погодни за примену у
биомедицини. Удео воде у структури ПМКЖ-Na хидрогелова износио је од 50-80%, док су
највише 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 се
хидрогелови без умреживача скоро у потпуности разградили након 14 дана експеримента.
Након синтезе и карактеризације ПМКЖ хидрогелова, испитана је могућност
инкорпорације честица биоактивне керамике у циљу добијања композитних хидрогелова
погодних за инжењерство коштаног ткива. Биоактивна калцијум-фосфатна фаза коришћена као
пунилац за композите састојала се од честица калцијум-хидроксиапатита (ХАП) и ß-трикалцијум
фосфата (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 ћелија
је била већа од 75% код свих узорака) и рН осетљивошћу. Механичка својства композита
побољшана су са повећањем садржаја биоактивне керамике, при чему је додатак ХАП у односу
на 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 најчешће
примењиваног умреживача за добијање хидрогелова на бази винилних мономера - N,N’-
метиленбисакриламидa (МБА). ПМК-ПЕГДА хидрогелови су показали значајно боља механичка
својства у односу на ПМК-МБА, при чему су задржали својство рН-осетљивости. In vitro тестови
отпуштања лекова, показали су да су ПМК-ПЕГДА хидрогелови погодни за контролисано
отпуштање нестероидног антиупалног лека - оксапрозина у дебело црево. Осим умрежавања
хемијским умреживачима на бази акрилата, показано је да се ПМК хидрогелови могу додатно
умрежити и јонским везама помоћу вишевалентних катјона метала, при чему су на степен
умрежавања утицали количина наелектрисања и јонски радијус катјона.
Abstract (en)
In this doctoral dissertation, various hydrogels based on interpenetrating networks of
poly(methacrylic acid) (PMAA) and natural polymers (gelatin, alginate and chitosan) were synthesized
and characterized, whereby the greatest attention was paid to the examination of hydrogels based on
PMAA and gelatin (PMAG), which showed the best mechanical properties and satisfactory
biocompatibility. The highest values of tensile strength, toughness, compressive strength and modulus
of 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 addition
of NaOH, PMAG-Na hydrogels with increased porosity, excellent mechanical properties and
biocompatibility, suitable for use in biomedicine, were obtained. The WC of PMAG-Na hydrogels was
50-80%, while the highest values of compressive strength and modulus were 15.7±0.46 and 0.16±0.01
MPa, respectively. Increasing the PMAA/gelatin ratio in the structure of hydrogels, as well as reducing
the content of crosslinkers, contributed to the increase of degradability in simulated physiological
conditions, while hydrogels without crosslinkers were almost completely degraded after 14 days of the
experiment.
After the synthesis and characterization of PMAG hydrogels, the possibility of incorporating
bioactive ceramic particles was investigated, in order to obtain composite hydrogels suitable for bone
tissue engineering. The bioactive calcium-phosphate phase used as a filler for the composites consisted
of calcium-hydroxyapatite (HAP) and ß-tricalcium-phosphate (ß-TCP) particles, obtained by a
hydrothermal process and subsequent calcination in the case of ß-TCP. The synthesized composite
hydrogels were characterized by a highly porous structure (porosity in the range of 83-93%), good
biocompatibility (viability of L929 cells was greater than 75% in all samples) and pH sensitivity. The
mechanical 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 properties
compared 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 used
crosslinker for vinyl-based hydrogels - N,N'-methylenebisacrylamide (MBA). PMAA-PEGDA
hydrogels showed significantly better mechanical properties compared to PMAA-MBA, while retaining
the property of pH sensitivity. In vitro drug release tests showed that PMAA-PEGDA hydrogels are
suitable for controlled release of oxaprozin in the colon. In addition to crosslinking with acrylate-based
chemical crosslinkers, it was shown that PMAA hydrogels can be additionally crosslinked by ionic bonds
using multivalent metal cations, where the degree of crosslinking was influenced by the amount of charge
and the ionic radius of the cation.
Authors Key words
поли(метакрилна киселина); желатин; интерпенетрирајуће мреже, композитни
хидрогелови; калцијум-хидроксиапатит; ß-трикалцијум-фосфат; механичка својства; отпуштање
лекова;
Authors Key words
poly(methacrylic acid); gelatin; interpenetrating networks, composite hydrogels; calcium-
hydroxyapatite; ß-tricalcium-phosphate; mechanical properties; drug release;
Classification
66.017‑036.8:544.773.432(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
У овој докторској дисертацији синтетисани су и испитани различити хидрогелови чија се
структура базира на интерпенетрирајућим мрежама поли(метакрилне киселине) (ПМК) и
природних полимера (желатина, алгината и хитозана), при чему су детаљнија истраживања
посвећена испитивању својстава хидрогелова на бази ПМК и желатина (ПМКЖ), који су показали
најбоља механичка својства и задовољавајућу биокомпатибилност. Највише вредности затезне
чврстоће, жилавости, притисне чврстоће и модула ПМКЖ хидрогелова износиле су 1,44±0,17
MPa, 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 структури
био у опсегу од 49-68%. Са додатком NaOH, добијени су ПМКЖ-Na хидрогелови повећане
порозности, одличних механичких својстава и биокомпатибилности, погодни за примену у
биомедицини. Удео воде у структури ПМКЖ-Na хидрогелова износио је од 50-80%, док су
највише 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 се
хидрогелови без умреживача скоро у потпуности разградили након 14 дана експеримента.
Након синтезе и карактеризације ПМКЖ хидрогелова, испитана је могућност
инкорпорације честица биоактивне керамике у циљу добијања композитних хидрогелова
погодних за инжењерство коштаног ткива. Биоактивна калцијум-фосфатна фаза коришћена као
пунилац за композите састојала се од честица калцијум-хидроксиапатита (ХАП) и ß-трикалцијум
фосфата (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 ћелија
је била већа од 75% код свих узорака) и рН осетљивошћу. Механичка својства композита
побољшана су са повећањем садржаја биоактивне керамике, при чему је додатак ХАП у односу
на 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 најчешће
примењиваног умреживача за добијање хидрогелова на бази винилних мономера - N,N’-
метиленбисакриламидa (МБА). ПМК-ПЕГДА хидрогелови су показали значајно боља механичка
својства у односу на ПМК-МБА, при чему су задржали својство рН-осетљивости. In vitro тестови
отпуштања лекова, показали су да су ПМК-ПЕГДА хидрогелови погодни за контролисано
отпуштање нестероидног антиупалног лека - оксапрозина у дебело црево. Осим умрежавања
хемијским умреживачима на бази акрилата, показано је да се ПМК хидрогелови могу додатно
умрежити и јонским везама помоћу вишевалентних катјона метала, при чему су на степен
умрежавања утицали количина наелектрисања и јонски радијус катјона.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.