Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/93931
Title: Electro-responsive ionic liquid-based hydrogels for biomedical applications
Other Titles: Hidrogéis à base de liquido-iónico para aplicações biomédicas
Authors: Ribeiro, Patrícia Maria Baptista
Orientador: Dias, Ana Maria Antunes
Sousa, Hermínio José Cipriano de
Keywords: hidrogéis electro-ativos; líquido-iónico; copolimeros; double networks; engenharia de tecidos; electro-active hydrogels; ionic liquid; copolymers; double-networks; tissue engineering
Issue Date: 2-Dec-2020
Serial title, monograph or event: Electro-responsive ionic liquid-based hydrogels for biomedical applications
Place of publication or event: DEQ
Abstract: O principal objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento e caracterização de hidrogéis catiónicos electro responsivos, à base de líquido iónico, para serem utilizados como scaffolds em engenharia de tecidos. Na preparação dos hidrogéis foram implementadas duas abordagens distintas: i) uma copolimerização de radicais livres do monómero à base de liquido iónico cloreto de 1-butil-3-vinil imidazólio (BVImCl) e do monómero à base de acrilato 2-hidroxietil-metacrilato (HEMA), com diferentes concentrações molares de liquido iónico/HEMA, desde 90/10 até 70/30; ii) uma síntese de ‘double network’ com o primeiro polímero de poli(BVImCl) e o segundo polímero de poli(HEMA) com duas concentrações molares (1M e 2M), sendo a ligação cruzada de ambos feita com MBA. No global, foram sintetizados cinco polímeros de quantidade crescente de liquido iónico e dois double networks, com concentrações diferentes de poli(HEMA). Foi ainda sintetizado um polímero só de HEMA para efeitos comparativos.Os hidrogéis obtidos foram caracterizados de acordo com as suas características físico-químicas, capacidade de absorção de água, resposta mecânica sob estímulo elétrico, condutividade elétrica, propriedades termomecânicas e testes biológicos de citotoxicidade em fibroblastos Balb/3T3. Os resultados obtidos mostraram que, no caso dos copolímeros, à medida que a quantidade de liquido iónico incorporado aumentava, a condutividade elétrica foi melhorando (chegando a atingir 10-2S/cm), a atuação mecânica foi mais rápida e a retenção de água foi maior. Quando imersos em meio de cultura, perderam capacidade de atuação mecânica, mas apresentaram propriedades mecânicas melhoradas. Quanto aos hidrogéis double network, estes apresentaram maior estabilidade mecânica que os copolímeros, mostrando-se mais resistentes e menos quebradiços visto que têm uma menor capacidade de absorção de água. Estes quando inchados em água e em meio de cultura apresentaram a maior condutividade elétrica. No entanto, quando sob um campo elétrico, não tiveram atuação mecânica aparente. Quanto à citotoxicidade, os copolímeros apresentaram resultados semelhantes à biocompatibilidade do poli(HEMA). Os hidrogéis desenvolvidos têm potencial para ser aplicados em engenharia de tecidos, como scaffolds na proliferação e diferenciação celular devido às suas condutividades iónica e elétrica. Estas propriedades podem permitir a estimulação elétrica e/ou mecânica de células, o que já provou ser eficiente na diferenciação celular.
The main goal of this work was the development and characterization of cationic electro-responsive ionic-liquid based hydrogels for applications as tissue engineering scaffolds. Two different approaches were employed to prepare the hydrogels: i) by the free radical copolymerization of the ionic liquid-based monomer 1-butyl-3-vinylimidazolium chloride (BVImCl) with the acrylate-based monomer 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) crosslinked with N,N'-methylenebysacrylamide (MBA) and by using different ionic liquid/HEMA molar ratios ranging from 90/10 to 70/30; ii) by the synthesis of double networks composed of a first network of poly(BVImCl) and a second network of poly(HEMA) at two different molar concentrations (1 and 2M), being both the networks crosslinked with MBA. Overall, five copolymers, with increasing IL amounts, and two double networks, with different poly(HEMA) concentrations were synthesized. The homopolymer poly(HEMA) was also synthetized for comparison purposes. The prepared hydrogels were characterized for their physicochemical properties, water swelling capacity, mechanical response under electric stimulus, electrical conductivity, thermomechanical properties and cytotoxicity against Balb/3T3 fibroblasts. Obtained results showed that in the case of the copolymers, the hydrogels showed increasing electric conductivity (reaching 10-2 S/cm), faster mechanical actuation, and higher water swelling capacities as the amount of ionic liquid incorporated in the copolymers also increases. When immersed in cell culture medium they lose their mechanical actuation capacity but they present improved mechanical properties. In the case of the double network hydrogels, they presented higher mechanical stability than the copolymers, showing to be more resistant and less brittle as they have lower water swelling capacity. The prepared double networks presented the highest electrical conductivity when swollen in water and in cell culture medium however they did not have any apparent mechanical actuation under an electric field. Finally, the prepared copolymers presented cytotoxicity similar to that of the biocompatible poly(HEMA). The developed hydrogels have potential to be used as scaffolds for cell proliferation and differentiation in tissue engineering due to their intrinsic ionic and electric conductivities. These properties may allow the electric and/or mechanical stimulation of cells which already proved to be effective in stem cell differentiation.
Description: Trabalho de Projeto do Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentado à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/93931
Rights: embargoedAccess
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