Uso di coloranti azo-boronici per la stampa 3D di idrogel autoriparanti = Use of boronic-azodye towards 3D printing self-healing hydrogel

Uno dei più attuali campi di ricerca nell’ambito biomedico riguarda lo sviluppo di idrogel funzionali: questi, se progettati in maniera opportuna sia dal punto di vista composizionale che morfologico, possono trovare diverse applicazioni soprattutto nel campo dell’ingegneria dei tessuti. In particolare, idrogel sintetici e/o naturali sono utilizzati come sistemi artificiali in grado di sostituire o, in alternativa, favorire la rigenerazione di tessuti danneggiati. Nell’ambito di questa applicazione, i tessuti da mimare sono caratterizzati da una morfologia molto sofisticata e complessa e, in molti casi, possiedono la capacità di ripristinare le loro proprietà dopo che questi subiscono un danno. Questo lavoro di tesi ha avuto come obiettivo la produzione e la caratterizzazione di un idrogelo autoriparante realizzato attraverso stampa 3D mediante tecniche di fotopolimerizzazione a vasca (VAT); nello specifico si è utilizzata la tecnologia Digital Light Processing (DLP) che è una tecnica che permette di realizzare oggetti polimerici partendo da una fase liquida tramite fotopolimerizzazione di layer sovrapposti. Nelle stampanti 3D di tipo DLP, le formulazioni sono composte da una miscela di monomeri e/o oligomeri insieme ad un fotoiniziatore; spesso viene anche aggiunto un colorante che ha la funzione di migliorare la risoluzione di stampa lungo l’asse z, durante il processo di stampa. In generale, l’uso del colorante non influisce significativamente su quelle che sono le caratteristiche finali dell’oggetto realizzato; tuttavia, negli ultimi anni si è sviluppata l’idea di utilizzare coloranti funzionali che possono conferire certe proprietà al prodotto finale. In questo lavoro, si è pensato di realizzare un colorante specifico che, oltre a migliorare la risoluzione di stampa, funga anche da agente per indurre proprietà autoriparanti all’idrogel. Per far questo si è partiti da un colorante azobenzenico funzionalizzato con dei gruppi pendenti di acido boronico, capaci di stabilire legami covalenti dinamici estere di boronato con un diolo. I coloranti azo hanno la capacità di subire un cambiamento configurazionale cis-trans se irraggiati ad una precisa lunghezza d’onda. L’idea finale è quella di riuscire a creare un sistema autoriparante regolato dalla luce. Per quanto riguarda il poliolo, si è utilizzato del polivinilalcol (PVA) idratato in quanto, da bibliografia, risulta essere il più adatto per formare reti polimeriche reagendo con acido boronico attraverso legami estere di boronato. Inoltre, il PVA è stato funzionalizzato con gruppi metacrilati per renderlo compatibile con la fotopolimerizzazione; tale modifica è stata necessaria per ottenere la stampa dell’idrogelo mediante processo VAT. Scendendo più in dettaglio nell’articolazione della presente tesi, nel primo capitolo viene descritta la storia e l’impiego dell’additive manufacturing, focalizzandosi poi sulla tecniche VAT. Nel secondo capitolo sono descritte le caratteristiche, la classificazione e le tecniche di produzione degli idrogeli. Nel terzo capitolo sono discussi i meccanismi e la chimica dei processi di self-healing, focalizzandosi infine sul legame chimico covalente estere di boronato. Segue, quindi, la parte sperimentale, nella quale vengono illustrati i materiali e i metodi utilizzati e successivamente i risultati sperimentali ottenuti. Infine, sono tratte le conclusioni dei risultati ottenuti, prospettando poi i possibili sviluppi futuri della ricerca condotta.