Published March 1, 2017 | Version v1
Publication Open

Strong and tough nanofibrous hydrogel composites based on biomimetic principles

  • 1. National Science and Technology Development Agency
  • 2. National Center for Genetic Engineering and Biotechnology

Description

Mechanically robust hydrogels are required for many tissue engineering applications to serve as cell-supporting structures. Unlike natural tissues, the majority of existing tough hydrogels lack ordered microstructures organized to withstand specific loading conditions. In this work, electrospun gelatin nanofibres, mimicking the collagen network in native tissues, are used to strengthen and resist crack propagation in brittle alginate hydrogels. Aligned nanofibre reinforcement enhances the tensile strength of the hydrogels by up to two orders of magnitude. The nanofibres can be arranged as multilayer laminates with varying orientations, which increases the toughness by two orders of magnitude compared with the unreinforced hydrogel. This work demonstrates a two-part strategy of fibre reinforcement and composite lamination in manufacturing strong and tough hydrogels with flexible microstructures to suit different mechanical and biomedical requirements.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

هناك حاجة إلى الهلاميات المائية القوية ميكانيكياً للعديد من تطبيقات هندسة الأنسجة لتكون بمثابة هياكل داعمة للخلايا. على عكس الأنسجة الطبيعية، تفتقر غالبية الهلاميات المائية الصعبة الموجودة إلى هياكل دقيقة منظمة لتحمل ظروف تحميل محددة. في هذا العمل، يتم استخدام ألياف الجيلاتين النانوية الكهربائية، التي تحاكي شبكة الكولاجين في الأنسجة الأصلية، لتقوية ومقاومة انتشار الشقوق في الهلاميات المائية الهشة من الألجينات. يعزز تقوية الألياف النانوية المتحاذية قوة الشد للهلاميات المائية بما يصل إلى رتبتين من حيث الحجم. يمكن ترتيب الألياف النانوية كصفائح متعددة الطبقات ذات اتجاهات مختلفة، مما يزيد من المتانة بمقدار رتبتين مقارنة بالهلام المائي غير المقوى. يوضح هذا العمل استراتيجية من جزأين لتقوية الألياف والتصفيح المركب في تصنيع الهلاميات المائية القوية والصعبة مع الهياكل المجهرية المرنة لتناسب المتطلبات الميكانيكية والطبية الحيوية المختلفة.

Translated Description (French)

Des hydrogels mécaniquement robustes sont nécessaires pour de nombreuses applications d'ingénierie tissulaire pour servir de structures de support cellulaire. Contrairement aux tissus naturels, la majorité des hydrogels durs existants n'ont pas de microstructures ordonnées organisées pour résister à des conditions de charge spécifiques. Dans ce travail, les nanofibres de gélatine électrofilées, imitant le réseau de collagène dans les tissus natifs, sont utilisées pour renforcer et résister à la propagation des fissures dans les hydrogels d'alginate fragiles. Le renforcement en nanofibres alignées améliore la résistance à la traction des hydrogels jusqu'à deux ordres de grandeur. Les nanofibres peuvent être disposées sous forme de stratifiés multicouches avec des orientations variables, ce qui augmente la ténacité de deux ordres de grandeur par rapport à l'hydrogel non renforcé. Ce travail démontre une stratégie en deux parties de renforcement des fibres et de stratification composite dans la fabrication d'hydrogels résistants et résistants avec des microstructures flexibles pour répondre à différentes exigences mécaniques et biomédicales.

Translated Description (Spanish)

Se requieren hidrogeles mecánicamente robustos para que muchas aplicaciones de ingeniería de tejidos sirvan como estructuras de soporte celular. A diferencia de los tejidos naturales, la mayoría de los hidrogeles resistentes existentes carecen de microestructuras ordenadas organizadas para soportar condiciones de carga específicas. En este trabajo, se utilizan nanofibras de gelatina electrohiladas, que imitan la red de colágeno en los tejidos nativos, para fortalecer y resistir la propagación de grietas en hidrogeles de alginato quebradizos. El refuerzo de nanofibras alineadas mejora la resistencia a la tracción de los hidrogeles hasta en dos órdenes de magnitud. Las nanofibras se pueden disponer como laminados multicapa con orientaciones variables, lo que aumenta la tenacidad en dos órdenes de magnitud en comparación con el hidrogel no reforzado. Este trabajo demuestra una estrategia de dos partes de refuerzo de fibra y laminación de compuestos en la fabricación de hidrogeles fuertes y resistentes con microestructuras flexibles para adaptarse a diferentes requisitos mecánicos y biomédicos.

Files

Tonsomboon_et_al-2016-Materials_Science_and_Engineering_C-VoR.pdf.pdf

Files (1.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:325945046e3f06164881f3ab0e4f7a40
1.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مركبات هيدروجيل ليفية نانوية قوية وصعبة على أساس مبادئ المحاكاة الحيوية
Translated title (French)
Composites d'hydrogel nanofibreux solides et résistants basés sur des principes biomimétiques
Translated title (Spanish)
Compuestos de hidrogel nanofibroso fuertes y resistentes basados en principios biomiméticos

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2551970192
DOI
10.1016/j.msec.2016.11.025

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W121845882
  • https://openalex.org/W1925538698
  • https://openalex.org/W1965704223
  • https://openalex.org/W1972659765
  • https://openalex.org/W1979571711
  • https://openalex.org/W1985767462
  • https://openalex.org/W1986462180
  • https://openalex.org/W1988763276
  • https://openalex.org/W2007856000
  • https://openalex.org/W2011446454
  • https://openalex.org/W2018421843
  • https://openalex.org/W2029937658
  • https://openalex.org/W2030821815
  • https://openalex.org/W2033805975
  • https://openalex.org/W2035732070
  • https://openalex.org/W2045295282
  • https://openalex.org/W2045931865
  • https://openalex.org/W2046296847
  • https://openalex.org/W2047256766
  • https://openalex.org/W2053868595
  • https://openalex.org/W2055740876
  • https://openalex.org/W2056292710
  • https://openalex.org/W2057267367
  • https://openalex.org/W2060449729
  • https://openalex.org/W2066189309
  • https://openalex.org/W2066653507
  • https://openalex.org/W2076605676
  • https://openalex.org/W2079866179
  • https://openalex.org/W2084610464
  • https://openalex.org/W2087331036
  • https://openalex.org/W2087786797
  • https://openalex.org/W2091482871
  • https://openalex.org/W2100769158
  • https://openalex.org/W2116764640
  • https://openalex.org/W2130393758
  • https://openalex.org/W2137610248
  • https://openalex.org/W2141516397
  • https://openalex.org/W2141738357
  • https://openalex.org/W2145380291
  • https://openalex.org/W2148145619
  • https://openalex.org/W2151797558
  • https://openalex.org/W2161451502
  • https://openalex.org/W2162402185
  • https://openalex.org/W2171311487
  • https://openalex.org/W2182101097
  • https://openalex.org/W2344589655
  • https://openalex.org/W3149348295