Design considerations of a PAAm-PEGDA hydrogel wound dressing -The release of anti-bacterial silver nanoparticles -
Authors
Frederiksen, Marcus Bevacqua ; Van Zanten, Lennart Jan
Term
4. term
Education
Publication year
2021
Submitted on
2021-06-03
Pages
95
Abstract
Kroniske sår kræver bandager, der både beskytter og kan afgive antimikrobielle stoffer over tid. Dette projekt undersøger, hvordan sammensætning og struktur af PAAm/PEGDA-hydrogeler påvirker frigivelsen af antibakterielle sølvnanopartikler og lægemidlet tetracyclin samt gelernes mekaniske egenskaber. Geler med varierende koncentrationer af monomer (akrylamid) og crosslinker (PEGDA, forskellige kædelængder) blev fremstillet og karakteriseret ved kompression, udstrækning, reologi og svulmegrad; maskestørrelser blev beregnet ud fra svulmning og reologi. SEM (af både geler og partikler) og AFM (af nanopartikler) blev anvendt til at bestemme partikel- og gelmorfologi. Prismatiske og sfæriske sølvnanopartikler samt tetracyclin blev indlejret i gelerne, og frigivelse samt antimikrobiel effekt blev testet mod E. coli og S. cerevisiae på agar og mod E. coli i flydende medium. Øget indhold af monomer og crosslinker gjorde gelerne stivere og stærkere, men mindre strækbare; længden af PEGDA havde begrænset indflydelse på kompression sammenlignet med koncentrationen. Indlejring af nanopartikler gjorde gelerne mere modstandsdygtige. Højere PEGDA-koncentration reducerede svulmegrad og gav mindre maskestørrelser. SEM viste gennemsnitlige Feret-diametre på ca. 60 nm (prisme) og 17 nm (sfærisk), mens gelens porestørrelse varierede uden klar sammenhæng på grund af uensartet krydsbinding. I frigivelsesforsøg frigav geler med 0,78 % PEGDA mest tetracyclin; prismatiske sølvnanopartikler blev ikke frigivet, og kun lave niveauer af sfæriske partikler slap ud. På agar gav kun tetracyclin-geler hæmningszoner mod E. coli, mens alle geltyper påvirkede vækst i flydende medium, hvor tetracyclin-geler var mest effektive. Samlet viser resultaterne, at justering af PEGDA-koncentration målrettet kan styre hydrogelens mekanik og transportegenskaber, mens sølvnanopartikler i de undersøgte formuleringer i høj grad tilbageholdes og giver begrænset antibakteriel effekt på agar.
Chronic wounds benefit from dressings that maintain moisture and can release antimicrobials over time. This project examines how the composition and structure of PAAm/PEGDA hydrogels govern the release of antibacterial silver nanoparticles and the drug tetracycline, as well as the gels’ mechanical performance. Hydrogels with varied monomer (acrylamide) and crosslinker (PEGDA, different chain lengths) contents were fabricated and characterized by compression, tensile elongation, rheology, and swelling; mesh sizes were calculated from rheology and swelling. SEM (of gels and particles) and AFM (of nanoparticles) were used to assess particle and gel morphology. Prism- and sphere-shaped silver nanoparticles and tetracycline were embedded, and release and antimicrobial activity were tested against E. coli and S. cerevisiae on agar and against E. coli in liquid medium. Increasing monomer and crosslinker content made gels stiffer and stronger but less extensible; PEGDA chain length had limited impact on compression compared with concentration. Incorporating nanoparticles increased gel toughness. Higher PEGDA concentration reduced swelling and produced smaller mesh sizes. SEM indicated average Feret diameters of ~60 nm (prisms) and ~17 nm (spheres), while gel pore sizes varied without a clear trend due to inhomogeneous crosslinking. In release studies, gels with 0.78% PEGDA released the most tetracycline; prism-shaped nanoparticles were not released, and only low levels of spherical particles escaped. On agar, only tetracycline-loaded gels produced inhibition zones against E. coli, whereas in liquid medium all gel types affected growth, with tetracycline gels being most effective. Overall, tuning PEGDA concentration offers a way to control hydrogel mechanics and transport properties, while silver nanoparticles in the tested formulations were largely retained and provided limited antibacterial effect on agar.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents