Preparación y caracterización de hidrogeles compuestos de alginato, polivinil pirrolidona y nanotubos de carbono

Abstract

El alginato es un polisacárido derivado de algunas especies de algas marrones, está compuesto por ácido β-D-manurónico y α -L-gulurónico. Los hidrogeles de alginato han sido utilizados en numerosas aplicaciones biomédicas, tales como la encapsulación de células trasplantadas para la ingeniería de tejidos, específicamente cartílago, debido a su similitud con la estructura natural de la matriz extracelular y a su capacidad de mantener el fenotipo celular. Estos hidrogeles de alginato suelen ser mecánicamente inestables, dificultando su aplicación como andamios robustos para la regeneración de tejido óseo, o cardíaco. La incorporación de una fase de refuerzo que consista en nanotubos de carbono (NTC) dispersados homogéneamente puede resultar en hidrogeles con propiedades mecánicas, físicas y biológicas mejoradas. Por otro lado, la polivinilpirrolidona (PVP) se ha usado en la formación de redes interpenetradas con polisacáridos como el quitosano, alginato, carragenina, agar, entre otros, para mejorar propiedades de hidrofilicidad, hinchamiento y biocompatibilidad. En este trabajo se prepararon hidrogeles compuestos basados en alginato de sodio, nanotubos de carbono de pared múltiple funcionalizados (NTCPMF) y PVP, mediante un entrecruzamiento efectivo del polisacárido con carbonato de calcio usando una reacción controlada y gradual de coordinación con la presencia de glucono-δ-lactona (GDL), lo que permitió obtener hidrogeles homogéneos de forma tridimensional con diferentes composiciones. Los materiales se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido y microscopía confocal láser de barrido, observándose una morfología de fibras de tamaños irregulares con un gran volumen de separación entre estas que cambia en función de la composición del material. Se realizaron análisis mecánicos y reológicos en donde se encontró un aumento de prácticamente el doble en el módulo elástico al incorporar NTCPMF, y un aumento significativo en el esfuerzo máximo al incorporar simultáneamente NTCPMF y PVP. Se obtuvo el comportamiento de hinchamiento de los hidrogeles a diferentes pH fisiológicos (7.4 y 1.2) los cuales se ajustaron a distintos modelos cinéticos. La cinética de hinchamiento varió de acuerdo con la composición y el pH, lo que sugiere la potencialidad del sistema estudiado en sistemas inteligentes de estímulo respuesta.