Thesis: Nanomechanical properties of biopolymers
| datacite.subject.fos | Natural sciences::Biological sciences | |
| dc.contributor.correferente | Olguin Triviños, Yusser Alex | |
| dc.contributor.department | Departamento de Física | |
| dc.contributor.guia | Corrales Iturriaga, Tomas Patricio | |
| dc.coverage.spatial | Campus Casa Central Valparaíso | |
| dc.creator | Jaramillo Pinto, Diego | |
| dc.date.accessioned | 2026-10-29T19:11:24Z | |
| dc.date.available | 2026-10-29T19:11:24Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | In recent times, biopolymer materials have been studied due to their wide range of applications and sustainability. Among these, biopolymer-based hydrogels are fundamental in medical research, such as neural tissue engineering. Cellulose-based materials with tailored properties can be obtained by combining the growth of cotton in tissue culture with molecularly-designed glucose building-block feeding. This project aims to study the nanoscale effects of biological incorporation of fluorine-based molecules on cotton and characterize the nanomechanical properties of various biopolymer-based hydrogels for neural tissue growth using environmental Atomic Force Microscopy (e-AFM). We present a protocol for synthesizing cotton fibers using enzymatic digestion to yield nanofibrils. Both digested and non-digested cotton fibers were measured using e-AFM, including imaging and nanoindentation (for non-digested fibers) under different relative humidities. Collagen-, PEGDA-, GelMA-, and Alginate-based hydrogels prepared for neural tissue engineering were measured under liquid conditions. Results indicate that both control and modified cotton macrofibers have microto nano-structures arranged along their elongation axis, with noticeable heterogeneities in their local mechanics, presumably due to their internal arrangement. In modified samples, the fluorine atom may also contribute to these differences. Control cotton nanofibers swell at specific spots when exposed to higher relative humidity, suggesting a semicrystalline structure. Modified cellulose nanofibers exhibit heterogeneous swelling, with almost periodic changes in stiffness and height, likely due to the fluorine atom’s interference with their wettability. Biopolymer-based hydrogels showed rugosity (RMS) values around 2 nm, except for Collagen, which had an RMS of around 15 nm, potentially due to UV light exposure. The Young’s moduli of the gels ranged between 0.53 and 4.1 MPa. | en_US |
| dc.description.abstract | En la actualidad, los materiales basados en biopolímeros han sido ampliamente estudiados debido a su rango de aplicaciones y sostenibilidad. Entre estos materiales, los hidrogeles basados en biopolímeros son fundamentales para la investigación médica, como la ingeniería de tejido neural. Además, combinando el crecimiento de algodón en cultivo de tejidos con alimentación de bloques de glucosa diseñados molecularmente, fibras de algodón con propiedades adaptadas pueden ser obtenidas. Este proyecto tiene como objetivo estudiar los efectos a nanoescala de la incorporación biológica de moléculas basadas en flúor en el algodón y caracterizar las propiedades nanomecánicas de varios hidrogeles basados en biopolímeros para el crecimiento de tejido neural utilizando Microscopía de Fuerza Atómica ambiental (e-AFM). Presentamos un protocolo para sintetizar fibras de algodón utilizando digestión enzimática basada en celulasa para obtener nanofibras. Tanto las fibras de algodón digeridas como las no digeridas fueron medidas utilizando e-AFM, incluyendo imágenes y nanoindentación (para fibras no digeridas) bajo diferentes humedades relativas. Hidrogeles basados en colágeno, PEGDA, GelMA y alginato preparados para la ingeniería de tejido neural fueron medidos en condiciones líquidas. Los resultados indican que tanto las macrofibras de algodón de control como las modificadas tienen micro- a nanoestructuras dispuestas a lo largo de su eje de elongación, con heterogeneidades notables en su mecánica local, presumiblemente debido a su ordenamiento interno. En las muestras modificadas, el átomo de flúor también puede contribuir a estas diferencias. Las macrofibras modificadas muestran ciertos cúmulos entre estructuras más pequeñas. Las nanofibras de algodón control se hinchan en puntos específicos cuando se exponen a una mayor humedad relativa, sugiriendo una estructura semicristalina. Las nanofibras de celulosa modificadas exhiben una hinchazón heterogénea, con cambios casi periódicos en la rigidez y altura, probablemente debido a la interferencia del átomo de flúor con su humectabilidad. Los hidrogeles basados en biopolímeros mostraron valores de rugosidad (RMS) alrededor de 2 nm, excepto el colágeno, que tuvo un RMS de alrededor de 15 nm, potencialmente debido a la exposición a luz UV. Los módulos de Young de los geles oscilaron entre 0.53 y 4.1 MPa. | es |
| dc.description.degree | Magíster en Ciencias mención Física | |
| dc.description.sponsorship | ANID-Fondecyt Regular-1211901 | |
| dc.description.sponsorship | ANID-Fondecyt Iniciación -11201056 | |
| dc.description.sponsorship | NNBP-Núcleo Milenio en NanoBiofísica-NCN2021 021 | |
| dc.description.sponsorship | UTFSM-Programa de Incentivos a la Iniciación Científica- (PIIC)-2023-2 | |
| dc.format.extent | 58 páginas | |
| dc.identifier.barcode | MC_DJ_2024 | |
| dc.identifier.doi | 10.71959/7jp0-nj98 | |
| dc.identifier.uri | https://cris.usm.cl/handle/123456789/7231 | |
| dc.identifier.uri | https://doi.org/10.71959/7jp0-nj98 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Universidad Técnica Federico Santa María | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial 4.0 International | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ | |
| dc.subject | Biopolymers | |
| dc.subject | Cotton fibers | |
| dc.subject | Fluorine-based molecules | |
| dc.subject | Neural tissue engineering | |
| dc.subject | Environmental atomic force microscopy | |
| dc.subject | Nanomechanical properties | |
| dc.subject.ods | 3 Salud y bienestar | |
| dc.subject.ods | 9 Industria, innovación e infraestructura | |
| dc.title | Nanomechanical properties of biopolymers | |
| dc.type.driver | info:eu-repo/semantics/masterThesis | |
| dspace.entity.type | Tesis |
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