Preparation and characterization of stretchable ferrogel for 3D printing

Abstract

Ferrogel has been often used in the areas of biomedical engineering due to its advantages of magnetic responsiveness and remotely controllable properties. However, typical ferrogel, especially prepared from natural polysaccharides has limitations in the mechanical properties as well as the fabrication method of complex structures due to their rigid and brittle properties. In this thesis, 3D printable and stretchable ferrogel was designed and prepared to overcome these limitations. 3D-printable, magnetic field-responsive ferrogel was prepared with the derivatives of hyaluronic acid (HA). Adipic acid dihydrazide (ADH)-modified HA and oxidized hyaluronic acid (OHA) were used as base materials. ADH was added to ADH-HA/OHA hydrogel to induce self-healing behavior of the gel. The viability of ATDC5 cells within the gel was evaluated in vitro. Addition of superparamagnetic iron oxide nanoparticles to ADH-HA/OHA/ADH hydrogel enabled the preparation of self-healing ferrogel with enhanced stretchability that can respond to the magnetic field. Various 3D constructs were fabricated by the extrusion-based printing method using the ferrogel. 3D-printable, stretchable ferrogel may be useful to fabricate complex 3D structures in a wide range of biomedical applications. |자성젤은 자기장 감응성과 원격 제어 가능한 특성의 장점으로 인해 의생명공학 분야에서 자주 사용되었다. 그러나, 특히 천연 다당류로 제조된 일반적인 자성젤은 기계적 특성 및 강직함과 부서지기 쉬운 특성으로 인한 복잡한 구조의 제조 한계를 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 3차원 프린팅이 가능한 신축성 있는 자성젤을 설계하고 준비하였다. 3차원 프린팅 가능한 자기장 감응성 자성젤은 히알루론산 유도체를 기반으로 제조되었다. 아디픽산 디하이드라자이드가 결합된 히알루론산과 산화된 히알루론산을 기본 재료로 사용하였다. 또한, 미결합 아디픽산 디하이드라자이드를 하이드로젤에 추가적으로 첨가하여 하이드로젤의 자가 치유 작용을 유도하였다. 하이드로젤 내 ATDC5 세포의 생존력을 평가한 결과 뚜렷한 세포독성을 관찰할 수 없었다. 자가치유 하이드로젤에 초상자성 산화철 나노입자를 첨가하여 자기장에 반응할 수 있는 신축성이 향상된 자가치유 자성젤을 제조할 수 있었다. 다양한 3차원 구조물을 자성젤을 사용하여 압출 기반 인쇄 방법으로 제작했다. 3차원 프린팅이 가능하고 신축성 있는 자성젤은 광범위한 생물/의학 응용 분야에서 다양하고 복잡한 3차원 구조를 제작하는 데 유용하게 쓰일 수 있다.