In situ mineralization of nano-hydroxyapatite on bifunctional cellulose nanofiber/polyvinyl alcohol/sodium alginate hydrogel using 3D printing
Minéralisation in situ de nano-hydroxyapatite sur nanofibre de cellulose bifonctionnelle / alcool polyvinylique / hydrogel d'alginate de sodium par impression 3D
Résumé
This paper reports the manufacturing by 3D printing of scaffolds for in-situ mineralization of hydroxyapatite using aqueous suspensions of alginate and polyvinyl alcohol (PVA)-grafted cellulose nanofibers (CNF). Bifunctional CNF with carboxyl and aldehyde moieties were prepared from bleached bagasse pulp and crosslinked with PVA. Aqueous hydrogels for 3D printing were prepared by directly mixing PVA-grafted CNF with sodium alginate, with and without the addition of phosphate ions. A calcium chloride solution was sprayed during the printing process in order to partially crosslink alginate and to increase the dimensional stability of the printed gel. At the end of the printing process, the prepared scaffolds were dipped into a CaCl 2 solution to: i) complete alginate crosslinking and ii) promote hydroxyapatite nucleation and growth by reaction with phosphate ions. In order to better understand the mechanisms governing manufacturing of scaffolds by 3D printing, the rheological behavior of alginate/PVA-grafted CNF and the mechanical properties of unit filaments obtained by direct hydrogel extrusion were investigated. The final scaffolds were characterized by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and thermogravimetric analysis (TGA). This study shows that 3D printed sodium alginate/PVA-grafted CNF hydrogels are promising scaffold materials for bone tissue engineering.
Cet article rapporte la fabrication par impression 3D d'échafaudages pour la minéralisation in-situ d'hydroxyapatite à l'aide de suspensions aqueuses de nanofibres de cellulose (CNF) greffées à l'alcool polyvinylique (PVA) et d'alginate. Des CNF bifonctionnels avec des fragments carboxyle et aldéhyde ont été préparés à partir de pâte de bagasse blanchie et réticulés avec du PVA. Des hydrogels aqueux pour l'impression 3D ont été préparés en mélangeant directement du CNF greffé au PVA avec de l'alginate de sodium, avec et sans addition d'ions phosphate. Une solution de chlorure de calcium a été pulvérisée pendant le processus d'impression afin de réticuler partiellement l'alginate et d'augmenter la stabilité dimensionnelle du gel imprimé. A la fin du processus d'impression, les échafaudages préparés ont été plongés dans une solution de CaCl2 pour: i) compléter la réticulation d'alginate et ii) promouvoir la nucléation d'hydroxyapatite et la croissance par réaction avec des ions phosphate. Afin de mieux comprendre les mécanismes de fabrication des échafaudages par impression 3D, le comportement rhéologique du CNF greffé alginate / PVA et les propriétés mécaniques des filaments unitaires obtenus par extrusion directe d'hydrogel ont été étudiés. Les échafaudages finaux ont été caractérisés par microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et analyse thermogravimétrique (TGA). Cette étude montre que les hydrogels CNF greffés d'alginate de sodium / PVA imprimés en 3D sont des matériaux d'échafaudage prometteurs pour l'ingénierie tissulaire osseuse.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)