Sviluppo e caratterizzazione di un polimero a base di δ-valerolactone per la stampa 3D volumetrica multimateriale.

The integration of materials with different chemical-physical properties into a single three-dimensional structure represents one of the main challenges of modern biofabrication for the replication of biological tissues characterized by a high degree of heterogeneity. This thesis focused on the synthesis and characterization of a polymer system based on delta-valerolactone, a biodegradable and biocompatible aliphatic polyester, and its possible implications for future applications. By means of a ring polymerization, a tetra-functional structure was obtained, subsequently functionalized with norbornene groups to allow rapid photopolymerization. The system was optimized with photoreological analyses, identifying a critical ratio between inhibitor and photoinitiator to establish a chemical activation threshold. This parameter is crucial for the accuracy of volumetric tomographic 3D printing, a technology that allows the solidification of the entire volume in a single step, eliminating structural defects and geometric limitations. Experimentally, the results confirmed the obtaining of a stably cross-linked polymeric network characterized by moderate hydrophobicity. These properties were exploited for a multi-material printing strategy by combining the synthesized polyester and a hydrophilic polyethylene glycol diacrylate hydroger. Looking ahead, the versatility of this structure offers promising solutions for vascular tissue engineering and the development of controlled drug delivery systems. The future implementation of biological signals, such as RGD peptides, will enable the transformation of such scaffolds into instructive matrices capable of guiding cell adhesion and differentiation, paving the way for new possibilities and frontiers in personalized regenerative medicine

L'integrazione di materiali con diverse proprietà chimico-fisiche in un'unica struttura tridimensionale rappresenta una delle sfide principali della moderna biofabbricazione per la replicazione dei tessuti biologici caratterizzati da un elevato grado di eterogeneità. Questo lavoro di tesi si è focalizzato sulla sintesi e caratterizzazione di un sistema polimerico basato su delta-valerolactone, un poliestere alifatico biodegradabile e biocompatibile e la sua possibile implicazione per future applicazioni. Mediante un polimerizzazione ad anello si è ottenuta una struttura tetra-funzionale, successivamente funzionalizzata con gruppi norbornenici per consentire una rapida fotopolimerizzazione. Il sistema è stato ottimizzato con analisi fotoreologiche, identificando un rapporto critico tra inibitore e fotoiniziatore per stabilire una soglia chimica di attivazione. Tale parametro risulta cruciale per l'accuratezza della stampa 3D volumetrica tomografica, ovvero una tecnologia che permette la solidificazione dell'intero volume in un unico passaggio, eliminando difetti strutturali e limiti geometrici. Sperimentalmente, i risultati hanno confermato l'ottenimento di un network polimerico stabilmente reticolato e caratterizzato da una moderata idrofobicità. Tali proprietà sono state sfruttate per una strategia di stampa multi-materiale combinando il poliestere sintetizzato e un idroger idrofilo di polietilenglicole diacrilato. In prospettiva, la versatilità di tale struttura offre soluzioni promettenti per ingegneria dei tessuti vascolari e lo sviluppo di sistemi di rilascio controllato di farmaci. L'implementazione futura di segnali biologici, come i peptidi RGD, consentirà di trasformare tali scaffold in matrici istruttive capaci di guidare l'adesione e il differenziamento cellulare, aprendo la strada a nuove possibilità e frontiere nell'ambito della medicina rigenerativa personalizzata