Valutazione dell’effetto di processi di produzione sulle proprietà shape memory di scaffolds polimerici

Biocompatible and biodegradable shape memory polymers (SMPs) have emerged as a significant class of smart materials, attracting considerable attention in the biomedical field due to their unique ability to switch between temporary and permanent shapes under external stimuli such as temperature, light, or chemical variations. The shape memory behavior relies on specific molecular interactions and thermal transitions that affect the mobility of polymer chains. This study investigates the influence of polymer type and manufacturing process on the shape memory properties of SMPs, focusing on critical parameters such as the glass transition temperature (Tg°) and the structural configuration of the polymers. Furthermore, innovative scaffold fabrication techniques, such as electrospinning and 3D-printing, are compared with traditional methods such as solvent casting, highlighting their advantages in enhancing the mechanical and functional performance of materials based on SMPs. Poly lactic acid (PLA) and Polycaprolactone (PCL) 70:30 and 85:15 ratios were considered: with which solutions at 15% (w/v), 10% (w/v), and 8% (w/v) were prepared, predominantly using the solvent 1,4-dioxane, in order to perform the solvent casting and 3D printing techniques. The electrospinning technique was investigated preparing 15% (w/v) solutions in dichloromethane and dimethylformamide (DMF) as solvents. From these solutions, scaffolds were obtained using the previously mentioned techniques, which were then subjected to Shape Memory Treatments (SMTs) in both wet and dry conditions. From the obtained results, Rf% (defined as the scaffold's ability to fix a new temperature-induced shape), Rr% (defined as the scaffold's ability to recover its primary shape at 37°C), and tr (recovery time, measured in seconds) were calculated. This research was conducted based on patent “Method for the production of a Shape Memory tissue and relative uses”- US2024336890A1/EP4374006A1. The research confirms that the type of polymer and manufacturing technique significantly impacts the shape memory properties and overall performance of SMP scaffolds. Electrospinning, in particular, proves to be a superior method, offering improved scaffold flexibility, and optimizing the efficiency and speed of the transition between the temporary and original shapes, which are essential properties for the scaffold biomedical applications.

I polimeri biodegradabili e biocompatibili a memoria di forma (SMPs) sono emersi come una classe significativa di smart materials, attirando notevole attenzione nel campo biomedico grazie alla loro capacità unica di modificare la loro forma sotto stimoli esterni come temperatura, luce o variazioni chimiche. Il comportamento a memoria di forma si basa su specifiche interazioni molecolari e transizioni termiche che influenzano la mobilità delle catene polimeriche. Questo studio analizza l'influenza del tipo di polimero e del processo di produzione sulle proprietà a memoria di forma degli scaffolds a base di SMP, concentrandosi su parametri critici come la temperatura di transizione vetrosa (Tg) e la configurazione strutturale dei polimeri. Inoltre, vengono confrontate tecniche di fabbricazione innovative, come l'elettrofilatura e il 3D-printing, con metodi tradizionali come il solvent casting, evidenziando i vantaggi nel migliorare le prestazioni meccaniche e funzionali dei materiali a base di SMP. Sono stati presi in considerazione i copolimeri acido polilattico (PLA) / policaprolattone (PCL) 70:30 e 85:15, con i quali abbiamo preparato soluzioni al 15% (p/v), 10% (p/v) e 8% (p/v) utilizzando prevalentemente il solvente 1,4-diossano, per poter valutare le tecniche di solvent casting e 3D-printing. La tecnica di electrospinning è stata valutata preparando soluzioni polimeriche al 15% (p/v) e usando diclorometano e dimetilformammide (DMF) come solventi. Dalle soluzioni, tramite le tecniche citate in precedenza, abbiamo ottenuto degli scaffold, che sono stati sottoposti ai trattamenti di Shape Memory a umido e a secco. Dai risultati ottenuti, sono stati calcolati Rf% (definito come la capacità dello scaffold di fissare una nuova forma indotta dalla temperatura), Rr% (definito come la capacità dello scaffold di recuperare la forma primaria a 37°C) e tr (tempo di recupero, misurato in secondi). Questa ricerca è stata svolta sulla base del brevetto "Metodo per la produzione di un tessuto a memoria di forma e relativi utilizzi" - US2024336890A1/EP4374006A1. La ricerca conferma che la scelta del polimero e della tecnica di produzione influiscono significativamente sulle proprietà a memoria di forma e sulle prestazioni complessive degli scaffold SMP. L'elettrofilatura, in particolare, si dimostra un metodo superiore, offrendo una maggiore flessibilità degli scaffold e ottimizzando l'efficienza e la velocità di transizione tra le forme temporanea e originale, caratteristiche essenziali per le applicazioni biomediche.