Реологические свойства полисахаридных гидрогелей альгината с малыми добавками нанотрубок галлуазита для экструзионной 3D-печати

СтатьяВЕСТ МОС УНИВЕР. БИОЛОГИЯ. 2023; Т. 78, № 3S: 63–68. DOI:10.55959/MSU0137-0952-16-78-3S-11

Молчанов В.С.^[1]

Глухова С.А.^[1]

Филиппова О.Е.^[1]

^[1]Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Исследованы реологические свойства гидрогелей природного полисахарида альгината натрия при наполнении матрицы нанотрубками глины галлуазита в малых концентрациях. Выявлены изменения реологических свойств при переходе от полуразбавленного раствора полимера к гидрогелю при сшивании ионами кальция. В состоянии геля образцы обладают пределом текучести, и их вязкость при течении падает при увеличении скорости сдвига, но реологические свойства достаточно быстро восстанавливаются после снятия нагрузки. Обнаружено, что добавление до 0,3 об.[%] нанотрубок природной глины галлуазита приводит к увеличению модуля упругости и предела текучести гидрогеля в несколько раз, но при этом сохраняются практически важные свойства псевдопластичности и быстрого восстановления свойств после снятия нагрузки, что делает нанокомпозитные гидрогели альгината и нанотрубок галлуазита перспективными для применения в качестве чернил для экструзионной 3D-печати.

реология

вязкоупругость

гидрогель

галлуазит

альгинат

сетки

Liu J., Sun L., Xu W., Wang Q., Yu S., Sun J. Current advances and future perspectives of 3D printing natural-derived biopolymers. Carbohydr. Polym. 2019;207:297–316.

Mobaraki M., Ghaffari M., Yazdanpanah A., Luo Y., Mills D.K. Bioinks and bioprinting: A focused review. Bioprinting. 2020;18:e00080.

Valentine A.D., Busbee T.A., Boley J.W., Raney J.R., Chortos A., Kotikian A., Berrigan J.D., Durstock M.F., Lewis J.A. Hybrid 3D printing of soft electronics. Adv. Mater. 2017;29(40):1703817.

Arzhakova O.V., Arzhakov M.S., Badamshina E.R., et al. Polymers for the future. Russ. Chem. Rev. 2022;91(12):RCR5062.

Li H., Tan C., Li L. Review of 3D printable hydrogels and constructs. Mater. Des. 2018;159:20–38.

Truby R.L., Lewis J.A. Printing soft matter in three dimensions. Nature. 2016;540(7633):371–378.

Heinrich M.A., Liu W., Jimenez A., Yang J., Akpek A., Liu X., Pi Q., Mu X., Hu N., Schiffelers R.M., Prakash J., Xie J., Zhang Y.S. 3D bioprinting: from benches to translational applications. Small. 2019;15(23): 1805510.

Stanton M.M., Samitier J., Sánchez S. Bioprinting of 3D hydrogels. Lab Chip. 2015;15(15):3111–3115.

Rastogi P., Kandasubramanian B. Review of alginate-based hydrogel bioprinting for application in tissue engineering. Biofabrication. 2019;11(4):42001.

Diañez I., Gallegos C., Brito-de la Fuente E., Martínez I., Valencia C., Sánchez MC., Diaz M.J., Franco J.M. 3D printing in situ gelification of κ-carrageenan solutions: Effect of printing variables on the rheological response. Food Hydrocoll. 2019;87:321–330.

Hu C., Du Z., Tai X., Mao X., Liu X. The property study of sodium dodecyl benzenesulfonate and polyvinylpyrrolidone complexes. Colloid Polym. Sci. 2018;335–340.

Axpe E., Oyen M.L. Applications of alginate-based bioinks in 3D bioprinting. Int. J. Mol. Sci. 2016;17(12):1976.

Murphy S.V., Atala A. 3D bioprinting of tissues and organs. Nat. Biotechnol. 2014;32(8):773–785.

Dávila J.L., d’Ávila M.A. Rheological evaluation of Laponite/alginate inks for 3D extrusion-based printing. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2019;101(1–4):675–686.

Peak C.W., Stein J., Gold K.A., Gaharwar A.K. Nanoengineered colloidal inks for 3D bioprinting. Langmuir. 2018;34(3):917–925.

Liu L., Wan Y., Xie Y., Zhai R., Zhang B., Liu J. The removal of dye from aqueous solution using alginatehalloysite nanotube beads. Chem. Eng. J. 2012;187:210–216.

Del Buffa S., Rinaldi E., Carretti E., Ridi F., Bonini M., Baglioni P. Injectable composites via functionalization of 1D nanoclays and biodegradable coupling with a polysaccharide hydrogel. Colloids Surf. B Biointerfaces. 2016;145:562–526.

Li H., Liu S., Li L. Rheological study on 3D printability of alginate hydrogel and effect of graphene oxide. Int. J. Bioprinting. 2016;2(2):58–66.

Glukhova S.A., Molchanov V.S., Lokshin B.V., Rogachev A.V., Tsarenko A.A., Patsaev T.D., Kamyshinsky R.A., Philippova O.E. Printable alginate hydrogels with embedded network of halloysite nanotubes: Effect of polymer cross-linking on rheological properties and microstructure. Polymers. 2021;13(23):4130.

Glukhova S.A., Molchanov V.S., Chesnokov Y.M., Lokshin B.V., Kharitonova E.P., Philippova O.E. Green nanocomposite gels based on binary network of sodium alginate and percolating halloysite clay nanotubes for 3D printing. Carbohydr. Polym. 2022;282:119106.

Stokke B.T., Draget K.I., Smidsrod O., Yuguchi Y., Urakawa H., Kajiwara K. Small-angle X-ray scattering and rheological characterization of alginate gels. 3. Alginic acid gels. Macromolecules. 2000;33(5):1853–1863.

Cavallaro G., Chiappisi L., Pasbakhsh P., Gradzielski M., Lazzara G. A structural comparison of halloysite nanotubes of different origin by small-angle neutron scattering (SANS) and electric birefringence. Appl. Clay Sci. 2018;160:71–80.

Hernández R., Sacristán J., Mijangos C. Sol/gel transition of aqueous alginate solutions induced by Fe2+ cations. Macromol. Chem. Phys. 2010;211(11):1254–1260.

Li H., Liu S., Li L. Rheological study on 3D printability of alginate hydrogel and effect of graphene oxide. Int. J. Bioprinting. 2016;2(2):54–66.

Hashemnejad S.M., Kundu S. Rheological properties and failure of alginate hydrogels with ionic and covalent crosslinks. Soft Matter. 2019;15(39):7852–7862.

Molchanov V.S., Efremova M.A., Kiseleva T.Y., Philippova O.E. Injectable ultra-soft hydrogel with natural nanoclay. Nanosyst.: Phys. Chem. Math. 2019;10(1):76–85.

Shishkhanova K.B., Molchanov V.S., Baranov A.N., Kharitonova E.P., Orekhov A.S., Arkharova N.A., Philippova O.E. A pH-triggered reinforcement of transient network of wormlike micelles by halloysite nanotubes of different charge. J. Mol. Liq. 2023;370:121032.

Язык текста: Русский

ISSN: 0137-0952