Mechanical characterization of nano composite gelatin-based hydrogels for periodontal treatment

This thesis explores the mechanical characterization and optimization of gelatin-based hydrogels, aiming to develop a novel biomaterial specifically designed for periodontal treatment. Given the increasing prevalence of periodontal disease and the limitations of current treatment options, there is a pressing need for innovative materials that can effectively promote tissue regeneration. This research investigates the effects of incorporating tannic acid, graphene, and hydroxyapatite into gelatin hydrogels, focusing on how these modifications influence their mechanical properties. The study addresses key scientific questions, including the relationship between the mechanical performance of the hydrogels and the specific composition and structural properties of the materials used. Compression tests were conducted to evaluate the Young's modulus, compressive strength and compressive strain of the samples, with a particular emphasis on how different loading speeds, resting times, and environmental conditions affected the results. Additionally, the modeling of the relaxation curves was performed to provide insights into the viscoelastic behavior of the hydrogels, which has significant implications for computational modeling and simulations in the field of biomaterials. The findings of this research demonstrate that the incorporation of tannic acid and engineered nanoparticles significantly enhances specific mechanical properties of the gelatin-based hydrogels. Notably, these modifications result in an increase in the Young’s modulus, indicating higher stiffness, and improved compressive strength, reflecting the material's ability to withstand greater loads without deformation. Additionally, the stress relaxation behavior is optimized, showing a slower decay of stress under constant strain, which indicates improved viscoelastic properties and better capacity to maintain mechanical integrity over time. These results underscore the potential of these innovative materials to serve as effective scaffolds for periodontal tissue engineering, thereby addressing critical gaps in current treatment modalities. The implications of this work extend beyond periodontal treatment, offering a foundation for future research into engineered biomaterials in various regenerative medicine applications.

Questa tesi analizza la caratterizzazione di un idrogelo a base di gelatina, progettato per essere utilizzato nella creazione di una membrana destinata al trattamento della parodontite. Considerata la crescente prevalenza di questa malattia e i limiti dei trattamenti attuali, c'è un urgente bisogno di materiali innovativi che possano promuovere efficacemente la rigenerazione tissutale. Questa ricerca indaga gli effetti dell'incorporazione di acido tannico, grafene e idrossiapatite negli idrogeli di gelatina, concentrandosi su come queste modifiche influenzano le proprietà meccaniche. Lo studio si concentra sulla relazione tra le prestazioni meccaniche degli idrogeli, la specifica composizione e le condizioni di test. Sono stati condotti test di compressione per valutare il modulo di Young, la resistenza alla compressione e la deformazione compressiva dei campioni, con particolare attenzione a come diverse velocità di carico, tempi di riposo e condizioni ambientali abbiano influenzato i risultati. Inoltre, è stata effettuata la modellazione matematica delle curve di rilassamento per fornire approfondimenti sul comportamento viscoelastico degli idrogel, il che ha importanti implicazioni per le simulazioni computazionali nel campo dei biomateriali. I risultati di questa ricerca dimostrano che l'incorporazione di acido tannico e nanoparticelle migliora significativamente alcune proprietà meccaniche specifiche degli idrogel a base di gelatina. In particolare, queste modifiche portano a un aumento del modulo di Young, indicando una maggiore rigidità, e a una maggiore resistenza alla compressione, riflettendo la capacità del materiale di sopportare carichi più elevati senza deformarsi. Inoltre, il comportamento di rilassamento dello stress risulta ottimizzato, con un decadimento dello stress più lento sotto deformazione costante, a indicare proprietà viscoelastiche migliorate e una maggiore capacità di mantenere l'integrità meccanica nel tempo. Questi risultati sottolineano il potenziale di questi materiali innovativi come scaffold efficaci per l'ingegneria dei tessuti parodontali, colmando lacune critiche nelle attuali modalità di trattamento. . Le implicazioni di questo lavoro vanno oltre il trattamento della parodontite, ponendo le basi per future ricerche sui biomateriali ingegnerizzati per diverse applicazioni nella medicina rigenerativa.