Implementación del sistema colector air gap para la obtención de nano fibras con orientación axial inducida mediante electro hilado

Abstract

In tissue engineering, the design of nanofibrous scaffolds to mimic the native extracellular matrix is a great challenge, since the optimal combination of mechanical properties, biocompatibility, biodegradability, a high degree of alignment, and porosity is required. The electrospinning method is, until these days, the most adequate approach to produce non-woven nanofibrous materials; which match the aforementioned features. This technique offers versatility and efficiency in the production of continuous nanofibers with uniform diameter size, however, the arrangement of the nanofibers is mainly randomly when using the basic configuration. The fabrication of scaffolding materials based on aligned nanofibers mats is highly desirable to better mimic the native tissue microenvironment. In addition, scaffolds based on aligned nanofibrous meshes can guide the cell contact allowing cell-scaffold union, inducing aligned cell growth, and promoting the differentiation of specialized tissue such as preosteoblasts and neural tissue. Regarding the fabrication of aligned nanofibrous, the air gap method arises as an alternative to the basic electrospinning setup, where the collector are two parallel and conductive wires connected by an empty space between them, usually referred as gap. This innovative alteration of electrospinning setup results in a versatile, highly efficient, and low-cost alternative to fabricate non-woven nanofibrous with orientation degree up to 90%. This Thesis presents the implementation of the electrospinning air gap configuration to the basic electrospinning unit, using solutions based on polyvinyl alcohol (PVA) due to it is a highly spinnable, biocompatible, biodegradable biopolymer with high mechanical properties. In addition, the use of the deep eutectic solvent (DES) composed of choline chloride:urea (ChCl:U) as a promoter of rugosity on the as-spun nanofibers surface was analyzed.

En ingeniería de tejidos, el diseño de andamios nanofibrosos que asemejen a la matriz extracelular nativa es un gran reto, ya que se requiere el desarrollo de materiales con buenas propiedades mecánicas, biocompatibles, biodegradables, con alto grado de alineación y alta porosidad. El método de electrohilado es hasta la fecha la opción más viable para generar materiales constituidos por colecciones de nanofibras; los cuales cumplen con estas características. Esta técnica ofrece versatilidad, eficacia y la obtención de nanofibras continuas de diámetros uniformes, no obstante, la disposición de las nanofibras resulta siempre aleatoria cuando se emplea la configuración básica. La producción de andamios constituidos por nanofibras alineadas es más deseable debido a que éstas asemejan en mayor medida el microentorno del tejido vivo. Estos andamios basados en nanofibras alineadas son guía de contacto a las células al orientar la unión célula-nanofibra, induciendo el crecimiento alineado mientras se promueve la diferenciación celular de tejido especializado como preosteoblastos y tejido neural. Para la producción de colecciones de nanofibras alineadas, surge como alternativa una variante de la configuración básica de electrohilado, en donde se emplea un colector con dos electrodos estáticos colocados en paralelo con un espacio vacío entre ellos, denominado gap. Esta es una alternativa innovadora, versátil, de alta eficacia y bajo costo para la obtención de colecciones de nanofibras con un grado de alineación de hasta 90%. En este trabajo de Tesis se presenta la implementación del electrohilado air gap a la configuración básica de electrohilado, empleando al alcohol polivinílico (PVA) como polímero base, al ser un biopolímero biocompatible, biodegradable, con buenas propiedades mecánicas y altamente electrohilable. Además, se analizó el uso del disolvente eutéctico (DES) cloruro de colina:urea (ChCl:U) como inductor de rugosidad en la superficie de las nanofibras.