Loading...
Publication
Piezoelectric electrospun nanomaterials as a plataform for biological applications
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.06 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Piezoelectric materials as new smart biomaterials show great potential for biological
applications. Specifically, piezoelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) electrospun
nanofibers, possess outstanding properties, which provide many advantages in various
healthcare applications.
We followed a systematic fabrication approach to create a new device for mechanical
stimulation of cells, based upon the inverse piezoelectric effect from functionalized
PVDF nanofibers, and tested it with different cell lines.
The major contents in this thesis are presented as follows:
(1) Fibers fabrication and characterization
Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were blended with PVDF to fabricate
highly aligned PVDF/MWCNTs piezoelectric nanofibers. In this part we investigated
the PVDF/MWCNTs nanofibers’ properties, such as, morphology, alignment, crystal
structure, mechanical properties, piezoelectric output voltage and cytotoxicity.
(2) Biological applications of inverse piezoelectric stimulation
To explore the effect of mechanical stimulation on cellular behavior, specifically,
morphology, proliferation, migration and differentiation, we selected three cell line
models: NIH3T3 cells as fibroblasts; PC12 cells as neuroblastic cells; mesenchymal
stem cells. All cells were submitted to an inverse piezoelectric stimulation over 30
minutes per day, with 10 V amplitude at 5 Hz frequency driving signal.
It was found that inverse piezoelectric stimulation with PVDF/MWCNTs nanofibers,
not just improved the proliferation of NIH3T3 cells, but also efficiently guided the cells
migration. In the part of neuroblastic cells investigation, the adhesion, proliferation and
differentiation results of PC12 cells submitted to the inverse piezoelectric stimulation
shown a great improvement.
In the study of mesenchymal stem cells (MSCs), the inverse piezoelectric
PVDF/MWCNTs nanofibers could not improve the adhesion and proliferation of MSCs
in early stage, but it improved the osteogenic differentiation.
Therefore, according to our results, we believe that inverse piezoelectric stimulation
with aligned PVDF/MWCNTs nanofibers holds a great potential on wound healing,
nerves regeneration and bone tissue engineering applications.
Os materiais piezoelétricos apresentam um enorme potencial para aplicação como biomateriais inteligentes. As nanofibras de poli(fluoreto de vinilideno) [PVDF] piezoelétrico, possuem propriedades que as tornam vantajosas em várias aplicações biomédicas. Utilizámos uma abordagem sistemática para criar um dispositivo inovador, para a estimulação mecânica de células, baseado no efeito piezoelétrico inverso de nanofibras de PVDF funcionalizadas, e testámo-lo em diferentes linhas celulares. Apresenta-se em seguida o conteúdo principal desta tese: (1) Fabricação e caracterização das fibras Misturaram-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) com PVDF, para produzir nanofibras com levado grau de alinhamento. Investigaram-se as propriedades das nanofibras de PVDF/MWCNTs, nomeadamente, a morfologia, alinhamento, estrutura cristalina, propriedades mecânicas, voltagem de saída e citotoxicidade. (2) Aplicações biológicas do efeito piezoelétrico inverso Para explorar os efeitos da estimulação mecânica no comportamento celular, especificamente, na morfologia, proliferação, migração e diferenciação, selecionámos três modelos de linhas celulares: células NIH3T3, como fibroblastos; células PC12, como modelo de células neuroblásticas; células estaminais mesenquimais. Todas as células foram submetidas a estimulação piezoelétrica inversa durante 30 minutos por dia, com um sinal de 10 V de amplitude e 5 Hz de frequência. Verificou-se que a estimulação piezoelétrica inversa com nanofibras de PVDF/MWCNTs, além de melhorar a proliferação de células NIH3T3, também se mostrou eficiente para conduzir a migração celular. No estudo de células neuroblásticas PC12 submetidas a estimulação piezoelétrica inversa, os resultados de adesão, proliferação e diferenciação mostraram um efeito positivo. No estudo de células estaminais mesenquimais (MSCs) a estimulação com nanofibras de PVDF/MWCNTs não melhorou a adesão e proliferação das MSCs, mas melhorou a diferenciação osteogénica. De acordo com os resultados obtidos, acreditamos que a estimulação piezoelétrica inversa com nanofibras de PVDF/MWCNTs, possui grande potencial para aplicações na cura de feridas, regeneração de nervos e aplicações de engenharia de tecido ósseo.
Os materiais piezoelétricos apresentam um enorme potencial para aplicação como biomateriais inteligentes. As nanofibras de poli(fluoreto de vinilideno) [PVDF] piezoelétrico, possuem propriedades que as tornam vantajosas em várias aplicações biomédicas. Utilizámos uma abordagem sistemática para criar um dispositivo inovador, para a estimulação mecânica de células, baseado no efeito piezoelétrico inverso de nanofibras de PVDF funcionalizadas, e testámo-lo em diferentes linhas celulares. Apresenta-se em seguida o conteúdo principal desta tese: (1) Fabricação e caracterização das fibras Misturaram-se nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) com PVDF, para produzir nanofibras com levado grau de alinhamento. Investigaram-se as propriedades das nanofibras de PVDF/MWCNTs, nomeadamente, a morfologia, alinhamento, estrutura cristalina, propriedades mecânicas, voltagem de saída e citotoxicidade. (2) Aplicações biológicas do efeito piezoelétrico inverso Para explorar os efeitos da estimulação mecânica no comportamento celular, especificamente, na morfologia, proliferação, migração e diferenciação, selecionámos três modelos de linhas celulares: células NIH3T3, como fibroblastos; células PC12, como modelo de células neuroblásticas; células estaminais mesenquimais. Todas as células foram submetidas a estimulação piezoelétrica inversa durante 30 minutos por dia, com um sinal de 10 V de amplitude e 5 Hz de frequência. Verificou-se que a estimulação piezoelétrica inversa com nanofibras de PVDF/MWCNTs, além de melhorar a proliferação de células NIH3T3, também se mostrou eficiente para conduzir a migração celular. No estudo de células neuroblásticas PC12 submetidas a estimulação piezoelétrica inversa, os resultados de adesão, proliferação e diferenciação mostraram um efeito positivo. No estudo de células estaminais mesenquimais (MSCs) a estimulação com nanofibras de PVDF/MWCNTs não melhorou a adesão e proliferação das MSCs, mas melhorou a diferenciação osteogénica. De acordo com os resultados obtidos, acreditamos que a estimulação piezoelétrica inversa com nanofibras de PVDF/MWCNTs, possui grande potencial para aplicações na cura de feridas, regeneração de nervos e aplicações de engenharia de tecido ósseo.
Description
Keywords
Electrospinning Piezoelectricity Nanofibers Biological applications Eletrofiação Piezoeletricidade Nanofibras Aplicações biológica Chemistry, speciality in Nanochemistry . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia