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Publication
Development of a Bi-layer Hydrogel via 3D Printing for articular cartilage replacement: PVA/Chitosan/HAp/CNF Scaffold with a PVA/Tannic Acid Surface
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| 1.99 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
This investigation develops and characterizes a bi-layer hydrogel system designed for articular cartilage regeneration, combining a robocasted PVA scaffold reinforced with hydroxyapatite, chitosan, and cellulose nanofibers, with an upper PVA/tannic acid layer engineered to optimize lubrication and bioadhesion. The paste formulation enabled a pseudoplastic rheological behaviour suitable for 3D printing, resulting in mechanically stable porous structures with controlled geometry. The upper layer exhibited homogeneous surfaces, a low coefficient of friction, and effective integration with the scaffold, forming a continuous hybrid construct. Mechanical, tribological, chemical, and swelling analyses demonstrated that the bi-layer architecture simultaneously enhances strength, stability, and lubricating performance. Biological studies confirmed high cell viability and adequate adhesion in the irradiated versions. Overall, the results validate the potential of this system as a promising platform for cartilage replacement and regeneration, highlighting the role of polymeric combinations and additive manufacturing in tissue engineering.
Esta investigação pretende desenvolver e caracterizar um sistema hidrogel bicamada destinado à regeneração da cartilagem articular, que combina um scaffold produzido por robocasting de PVA reforçado com hidroxiapatite, quitosano e nanofibras de celulose, e uma camada superior de PVA/ácido tânico concebida para otimizar a lubrificação e a bioadesão. A formulação das pastas permitiu obter um comportamento reológico pseudoplástico adequado à impressão 3D, resultando em estruturas porosas mecanicamente estáveis e com geometria controlada. A camada superior revelou superfícies homogéneas, baixo coeficiente de fricção e integração eficaz com o scaffold, formando um scaffold híbrido contínuo. Ensaios mecânicos, tribológicos, químicos e de intumescimento demonstraram que a arquitetura bicamada melhora simultaneamente a resistência, estabilidade e desempenho lubrificante. Estudos biológicos confirmaram elevada viabilidade celular e adesão adequada nas versões irradiadas. Os resultados validam o potencial deste sistema como plataforma promissora para substituição e regeneração de cartilagem, destacando o papel das combinações poliméricas e da manufatura aditiva na engenharia de tecidos.
Esta investigação pretende desenvolver e caracterizar um sistema hidrogel bicamada destinado à regeneração da cartilagem articular, que combina um scaffold produzido por robocasting de PVA reforçado com hidroxiapatite, quitosano e nanofibras de celulose, e uma camada superior de PVA/ácido tânico concebida para otimizar a lubrificação e a bioadesão. A formulação das pastas permitiu obter um comportamento reológico pseudoplástico adequado à impressão 3D, resultando em estruturas porosas mecanicamente estáveis e com geometria controlada. A camada superior revelou superfícies homogéneas, baixo coeficiente de fricção e integração eficaz com o scaffold, formando um scaffold híbrido contínuo. Ensaios mecânicos, tribológicos, químicos e de intumescimento demonstraram que a arquitetura bicamada melhora simultaneamente a resistência, estabilidade e desempenho lubrificante. Estudos biológicos confirmaram elevada viabilidade celular e adesão adequada nas versões irradiadas. Os resultados validam o potencial deste sistema como plataforma promissora para substituição e regeneração de cartilagem, destacando o papel das combinações poliméricas e da manufatura aditiva na engenharia de tecidos.
Description
Keywords
Bi-layer hydrogel Articular cartilage regeneration Robocasting PVA-based composites Tannic acid lubrication Additive manufacturing Hidrogel bi-camada Regeneração de cartilagem articular Compósitos à base de PVA Lubrificação com ácido tânico Manufatura aditiva