Idrogeli autoriparabili: stampa 3D e caratterizzazione per applicazioni biomediche = Self-healing hydrogels: 3D printing and characterization for biomedical applications

Gli idrogel sono reti polimeriche tridimensionali capaci di assorbire grandi quantità d’acqua, caratteristica che li rende ideali per applicazioni biomediche. La loro biocompatibilità, le proprietà meccaniche modulabili e la somiglianza ai tessuti biologici li rendono adatti al rilascio controllato di farmaci, alla medicina rigenerativa e all’ingegneria tissutale. In particolare, gli idrogel autoriparanti suscitano crescente interesse grazie alla capacità di riparare autonomamente danni strutturali, imitando il comportamento rigenerativo dei tessuti naturali. Ciò consente una maggiore durata funzionale e adattabilità a contesti fisiologici dinamici. Parallelamente, le tecnologie di stampa 3D permettono la realizzazione di strutture complesse e personalizzate con alta precisione. L’integrazione tra proprietà autoriparanti e stampabilità apre nuove prospettive per la progettazione di dispositivi biomedicali innovativi, sebbene resti complesso bilanciare integrità strutturale, capacità di guarigione e qualità di stampa. Questa tesi si concentra sulla sintesi e caratterizzazione di un idrogel autoriparante compatibile con la stampa 3D mediante Digital Light Processing (DLP), tecnica basata sulla fotopolimerizzazione di resine liquide. Il materiale si basa sulla formazione di legami esterei boronici tra tetraborato di sodio (Borace) e ditiotreitolo (DTT), che conferiscono proprietà autoriparanti grazie alla loro natura covalente dinamica, reversibile e sensibile a stimoli ambientali. L’idrogel è stato ottenuto tramite la polimerizzazione di una formulazione contenente 2-idrossietil metacrilato (HEMA) e polietilenglicole diacrilato (PEGDA) in tampone fosfato salino (PBS), utilizzando come fotoiniziatore il litio fenil-2,4,6-trimetilbenzolfosfinato (LAP). La fase sperimentale ha previsto l’ottimizzazione dei parametri di stampa, la valutazione delle proprietà meccaniche prima e dopo l’autoriparazione e l’analisi di altre caratteristiche, come rigonfiamento, liofilizzazione e autoassemblaggio. La stampabilità è stata verificata realizzando strutture di riferimento, valutandone risoluzione e fedeltà. L’autoassemblaggio è stato analizzato qualitativamente e con prove di trazione, sovrapponendo superfici stampate separatamente per confermare la formazione dei legami esterei boronici. I risultati sono promettenti, suggerendo la possibilità di creare modelli tissutali tridimensionali unendo strati cellulari coltivati separatamente. I test di rigonfiamento hanno valutato la risposta dell’idrogel a stimoli esterni come glucosio e pH, in condizioni che simulano l’ambiente fisiologico. Le prove meccaniche, eseguite in trazione e compressione su campioni freschi, rigonfi e reidratati, sono state ripetute su più cicli per analizzare le variazioni nelle proprietà meccaniche e nella capacità autoriparante, evidenziando in generale una riduzione della resistenza. Infine, sono state condotte prove preliminari per migliorare la biocompatibilità del materiale mediante l’aggiunta di gelatina metacrilata (GelMA). Test reologici su GelMA di tipo A e B a diverse concentrazioni hanno mostrato una rapida gelificazione a temperatura ambiente, impedendo la preparazione di resine stampabili. In conclusione, con questo lavoro si vuole contribuire all’ampliamento delle conoscenze sugli idrogel autoriparanti stampabili, analizzando e caratterizzando una nuova formulazione compatibile con DLP. I risultati ottenuti offrono spunti utili per lo sviluppo futuro di dispositivi biomedicali avanzati.