Thesis:

Three-pointbending tests of single nanofibers over silicon microstructures

In tissue engineering, the synthesis and characterization of biomaterials enables scaffold property tailoring for enhancing cell growth, viability, differentiation, etc. By using manufacturing methods based on polymeric solutions, the mixture of several biocompatible components allows for the manipulation of certain characteristics of the material. It is possible, by means of the electrospinning technique, to synthesize polymeric scaffolds made of nanofibers mixed with polyvinylalcohol, chitosan and salmon gelatin. These components will ultimately present certain features that enables cells to proliferate effectively. Mechanical properties of these scaffolds are commonly studied to understand their interaction with the specific cells that they will support, but the characteristics of isolated nanofibers differ from the scaffold. In this work, the aim is to understand how composition and environmental changes in humidity can alter the mechanical properties of single nanofibers, and how this variation will impact in the scaffold at micro and macro scale. Mechanical characterization will be mainly achieved by AFM force spectroscopy, force mapping, topography imaging and three-point bending of nanofibers at nano scale, which will allow for precise measuring of Young’s modulus. Since different scales are being measured, the method to determine the mechanical modulus of scaffolds will correspond to the colloidal probe technique for AFM, which allows for a greater surface contact area. For nanofibers we will mainly use the three-point bending method. Young’s modulus will be compared between different humidities, polymeric composition and scale to obtain a full mechanical characterization aswell as an insight in how nanofibers scale their properties in fibrous materials.

En ingeniería de tejidos, la síntesis y caracterización de biomateriales permite ajustar las propiedades del andamiaje para mejorar el crecimiento celular, la viabilidad, la diferenciación, entre otros aspectos. Mediante métodos de fabricación basados en soluciones poliméricas, la mezcla de varios componentes biocompatibles permite manipular ciertas características del material. Es posible, mediante la técnica de electrohilado, sintetizar andamiajes poliméricos compuestos por nanofibras mezcladas con alcohol polivinílico, quitosano y gelatina de salmón. Estos componentes presentan características que permiten una proliferación efectiva de las células. Las propiedades mecánicas de estos andamiajes suelen estudiarse para comprender su interacción con las células específicas que van a soportar, pero las características de las nanofibras aisladas difieren de las del andamiaje. En este trabajo, el objetivo es entender cómo la composición y los cambios ambientales en la humedad pueden alterar las propiedades mecánicas de nanofibras individuales y cómo esta variación impacta en el andamiaje a micro y macro escala. La caracterización mecánica se logrará principalmente mediante espectroscopía de fuerza AFM, mapeo de fuerza, imagen topográfica y flexión en tres puntos de nanofibras a nanoescala, lo que permitirá medir con precisión el módulo de Young. Dado que se miden diferentes escalas, el método para determinar el módulo mecánico de los andamiajes corresponderá a la técnica de sonda coloidal para AFM, que permite una mayor área de contacto superficial. Para las nanofibras se usará principalmente el método de flexión en tres puntos. Se comparará el módulo de Young entre diferentes humedades, composiciones poliméricas y escalas para obtener una caracterización mecánica completa, así como una comprensión de cómo las nanofibras escalan sus propiedades en materiales fibrosos.