The development of bioengineered materials for wound healing has gained increasing interest in biomedical research. Among the various available techniques, electrospinning stands out for producing nanostructured materials with adjustable properties and biomimetic architecture, making it ideal for biomedical applications. This study focuses on the fabrication of thin films using coaxial electrospinning, a technique that enables the creation of composite fibers with controlled morphology and material distribution, enhancing mechanical and functional properties compared to conventional single-polymer systems. After an initial optimization of the process parameters (solution concentrations, voltages, flow rates, and distances), the coaxial approach is used to combine sericin (SS) and chitosan (CS) in the shell while fibroin (SF) forms the core of the fibers. Sericin, typically a byproduct of silk processing, is investigated for its excellent biological properties, such as biocompatibility, antioxidant, and anticancer activities, promoting a sustainable approach to material utilization. Fibroin ensures structural stability and flexibility, while chitosan, a natural polysaccharide, provides antimicrobial properties, essential for wound healing. Although the use of natural proteins and polysaccharides allows for fine-tuning biodegradability and composition, it requires careful balancing to prevent potential immune responses, an issue not present in synthetic materials. The fabricated fibers were characterized using scanning electron microscopy (SEM) to analyze uniformity and morphology, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) to confirm chemical interactions and moisture vapor transmission rate (MVTR) analysis to assess breathability, a crucial requirement for the intended application. This research highlights the potential of reusing natural proteins and polysaccharides to develop sustainable, high-performance biomaterials. By transforming industrial byproducts like sericin into valuable biomedical resources and leveraging electrospinning advantages, the study contributes to regenerative medicine while emphasizing the importance of eco-friendly material design.

Lo sviluppo di materiali bioingegnerizzati per la guarigione delle ferite ha suscitato un crescente interesse nella ricerca biomedica. Tra le diverse tecniche disponibili, l’elettrospinning si distingue per la capacità di produrre materiali nanostrutturati con proprietà modulabili e un'architettura biomimetica, rendendoli ideali per applicazioni biomediche. Questo studio si concentra sulla fabbricazione di film sottili mediante elettrospinning coassiale, una tecnica che consente la creazione di fibre composite con morfologia e distribuzione dei materiali controllate, migliorando le proprietà meccaniche e funzionali rispetto ai sistemi convenzionali a singolo polimero. Dopo un'ottimizzazione iniziale dei parametri di processo (concentrazioni delle soluzioni, voltaggi, portate e distanze), l’approccio coassiale viene utilizzato per combinare sericina (SS) e chitosano (CS) nel guscio, mentre la fibroina (SF) costituisce il nucleo delle fibre. La sericina, tipicamente un sottoprodotto della lavorazione della seta, viene studiata per le sue eccellenti proprietà biologiche, come la biocompatibilità e le attività antiossidanti e anticancerogene, promuovendo un utilizzo sostenibile del materiale. La fibroina assicura stabilità strutturale e flessibilità, mentre il chitosano, un polisaccaride naturale, conferisce proprietà antimicrobiche, essenziali per la guarigione delle ferite. Sebbene l’uso di proteine naturali e polisaccaridi permetta di modulare finemente la biodegradabilità e la composizione, esso richiede un attento bilanciamento per prevenire potenziali risposte immunitarie, un problema assente nei materiali sintetici. Le fibre fabbricate sono state caratterizzate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) per analizzare uniformità e morfologia, spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) per confermare le interazioni chimiche e analisi del tasso di trasmissione del vapore acqueo (MVTR) per valutare la traspirabilità, requisito fondamentale per l’applicazione prevista. Questa ricerca evidenzia il potenziale del riutilizzo di proteine naturali e polisaccaridi per sviluppare biomateriali sostenibili e ad alte prestazioni. Trasformando sottoprodotti industriali come la sericina in risorse biomediche di valore e sfruttando i vantaggi dell’elettrospinning, lo studio contribuisce alla medicina rigenerativa, sottolineando al contempo l’importanza della progettazione di materiali eco-friendly.

Nanofibrous scaffolds from silk byproducts and chitosan: a coaxial electrospinning approach

Mariuzzo, Simone;IACONIANNI, DAVIDE
2023/2024

Abstract

The development of bioengineered materials for wound healing has gained increasing interest in biomedical research. Among the various available techniques, electrospinning stands out for producing nanostructured materials with adjustable properties and biomimetic architecture, making it ideal for biomedical applications. This study focuses on the fabrication of thin films using coaxial electrospinning, a technique that enables the creation of composite fibers with controlled morphology and material distribution, enhancing mechanical and functional properties compared to conventional single-polymer systems. After an initial optimization of the process parameters (solution concentrations, voltages, flow rates, and distances), the coaxial approach is used to combine sericin (SS) and chitosan (CS) in the shell while fibroin (SF) forms the core of the fibers. Sericin, typically a byproduct of silk processing, is investigated for its excellent biological properties, such as biocompatibility, antioxidant, and anticancer activities, promoting a sustainable approach to material utilization. Fibroin ensures structural stability and flexibility, while chitosan, a natural polysaccharide, provides antimicrobial properties, essential for wound healing. Although the use of natural proteins and polysaccharides allows for fine-tuning biodegradability and composition, it requires careful balancing to prevent potential immune responses, an issue not present in synthetic materials. The fabricated fibers were characterized using scanning electron microscopy (SEM) to analyze uniformity and morphology, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) to confirm chemical interactions and moisture vapor transmission rate (MVTR) analysis to assess breathability, a crucial requirement for the intended application. This research highlights the potential of reusing natural proteins and polysaccharides to develop sustainable, high-performance biomaterials. By transforming industrial byproducts like sericin into valuable biomedical resources and leveraging electrospinning advantages, the study contributes to regenerative medicine while emphasizing the importance of eco-friendly material design.
AAD, RONY
DRAGOJLOV, IVANA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
Lo sviluppo di materiali bioingegnerizzati per la guarigione delle ferite ha suscitato un crescente interesse nella ricerca biomedica. Tra le diverse tecniche disponibili, l’elettrospinning si distingue per la capacità di produrre materiali nanostrutturati con proprietà modulabili e un'architettura biomimetica, rendendoli ideali per applicazioni biomediche. Questo studio si concentra sulla fabbricazione di film sottili mediante elettrospinning coassiale, una tecnica che consente la creazione di fibre composite con morfologia e distribuzione dei materiali controllate, migliorando le proprietà meccaniche e funzionali rispetto ai sistemi convenzionali a singolo polimero. Dopo un'ottimizzazione iniziale dei parametri di processo (concentrazioni delle soluzioni, voltaggi, portate e distanze), l’approccio coassiale viene utilizzato per combinare sericina (SS) e chitosano (CS) nel guscio, mentre la fibroina (SF) costituisce il nucleo delle fibre. La sericina, tipicamente un sottoprodotto della lavorazione della seta, viene studiata per le sue eccellenti proprietà biologiche, come la biocompatibilità e le attività antiossidanti e anticancerogene, promuovendo un utilizzo sostenibile del materiale. La fibroina assicura stabilità strutturale e flessibilità, mentre il chitosano, un polisaccaride naturale, conferisce proprietà antimicrobiche, essenziali per la guarigione delle ferite. Sebbene l’uso di proteine naturali e polisaccaridi permetta di modulare finemente la biodegradabilità e la composizione, esso richiede un attento bilanciamento per prevenire potenziali risposte immunitarie, un problema assente nei materiali sintetici. Le fibre fabbricate sono state caratterizzate mediante microscopia elettronica a scansione (SEM) per analizzare uniformità e morfologia, spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) per confermare le interazioni chimiche e analisi del tasso di trasmissione del vapore acqueo (MVTR) per valutare la traspirabilità, requisito fondamentale per l’applicazione prevista. Questa ricerca evidenzia il potenziale del riutilizzo di proteine naturali e polisaccaridi per sviluppare biomateriali sostenibili e ad alte prestazioni. Trasformando sottoprodotti industriali come la sericina in risorse biomediche di valore e sfruttando i vantaggi dell’elettrospinning, lo studio contribuisce alla medicina rigenerativa, sottolineando al contempo l’importanza della progettazione di materiali eco-friendly.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/235137