Dissertação

{en_GB=Optimization of Nanoindentation Protocols for Hydrogel Mechanical Characterization: An approach to natural and synthetic hydrogels} {} EVALUATED

{pt=Hidrogéis têm um grande leque de propriedades que imitam a matriz extracelular (ECM) e podem providenciar microambientes que preservam função celular e encorajam a formação de tecido. Hidrogéis usados para simular a ECM podem ter origem sintética ou natural e cada tipo tem vantagens e desvantagens quando se trata de biocompatibilidade, propriedades mecânicas e preparação. Neste trabalho, comparamos um hidrogel sintético e outro natural (PEG e colagénio tipo I) em termos de propriedades mecânicas medidas por nanoindentação. A nanoindentação já foi largamente aplicada para caracterizar tissues moles e hidrogéis. No entanto, a alta variabilidade de resultados de estudo para estudo de testes mecânicos de hidrogéis representa um problema importante para a caracterização destes materias. Há uma necessidade crescente para o desenvolvimento de protocolos standardizados para os testes mecânicos de hidrogéis para que possa haver uma maior confiança nos resultados destes testes. Consequentemente, este trabalho foca-se em identificar potenciais fontes de variabilidade no caso da nanoindentação assim como otimizar a preparação de amostras e protocolos de nanoindentação para a obtenção de medidas consistentes e robustas. Os hidrógeis de PEG mostraram um comportamento poroelástico mas a ausência de viscoelasticidade, como era esperada. Em pequenas deformações, o modelo elástico linear é um modelo constitutivo razoável para este material. Para os géis de colagénio, o seu comportamento dependente do tempo é significativo e não negligenciável. Modelos viscoelásticos mais complexos são necessários para descrever adequadamente o comportamento mecânico deste material. , en=Hydrogels offer a range of properties to mimic the native extracellular matrix (ECM), and provide microenvironments to preserve cellular function and encourage tissue formation. ECM mimicking hydrogels may be synthetic or natural in origin and each type offers different advantages and disadvantages when it comes to biocompatibility, mechanical properties and preparation. In this work, we compare a synthetic and a natural hydrogel (poly-ethylene glycol (PEG) and collagen type I) in terms of mechanical properties as measured by nanoindentation. The nanoindentation technique has been widely used to characterize soft tissues and hydrogels, but the high inter-study variability of hydrogel mechanical testing poses an important problem when characterizing these materials. There is a need for standardized mechanical testing protocols, but more specifically nanoindentation protocols, in order to have confidence on the mechanical characterization of hydrogels. Consequently, this work focuses on pinpointing potential variability sources when performing nanoindentation measurements of such soft materials as well as optimize sample preparation and nanoindentation protocols for production of consistent, bulk measurements. PEG hydrogels showed evidence of poroelastic behaviour but no viscoelasticity, as expected. At small strains, a linear elastic model is an acceptable descriptive model for this material. For collagen hydrogels, the time-dependent behaviour is significant and non-negligible. More complex viscoelastic models are needed to characterize this material.}
{pt=Nanoindentação, hidrogel, colagénio, PEG, caracterização mecânica, en=Nanoindentation, Hydrogel, Collagen, PEG, Mechanical Characterization}

Setembro 20, 2019, 10:0

Orientação

ORIENTADOR

Paulo Rui Alves Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Hans Van Oosterwyck

KU Leuven

Full Professor