Evaluation of Conductive Porous Biobased Composites with Tunable Mechanical Properties for Potential Biological Applications

Abstract

Abstract. In this work, starch-based porous cryogels with controlled mechanical and electrical properties were prepared for tissue engineering applications. The starch cryogels were formulated using κ-carrageenan, poly(vinyl alcohol) (PVA), and styrylpyridinium-substituted PVA (SbQ) into the composite. A conductive cryogel was polymerized by chemical oxidation of 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) using iron(III) p-toluenesulfonate as a strategy to control the electrical properties. The physical, thermal, and mechanical properties were evaluated for the obtained composites. Macro- and nanoscale results confirmed the capability of tuning the mechanical properties of the material by the addition of biopolymers in different contents. The presence of κ-carrageenan significantly increased the storage modulus and decreased the damping effect in the formulations. The presence of PVA showed a plasticizing effect in the formulations, confirmed by the buffering effect and an increase in storage modulus. PVA-SBQ improved the mechanical properties by cross-linking. The addition of PEDOT increased the mechanical and electrical properties of the obtained materials.

Resumen. En este trabajo, se prepararon criogeles porosos a base de almidón con propiedades mecánicas y eléctricas controladas para aplicaciones de ingeniería de tejidos. Los criogeles de almidón se formularon utilizando κ-carragenano, poli (alcohol vinílico) (PVA) y PVA sustituido con estirilpiridinio (SbQ) en el compuesto. Se polimerizó un criogel conductor mediante oxidación química de 3,4-etilendioxitiofeno (EDOT) utilizando p-toluenosulfonato de hierro (III) como estrategia para controlar las propiedades eléctricas. Se evaluaron las propiedades físicas, térmicas y mecánicas de los compuestos obtenidos. Los resultados a macro y nanoescala confirmaron la capacidad de ajustar las propiedades mecánicas del material mediante la adición de biopolímeros en diferentes contenidos. La presencia de κ-carragenano aumentó significativamente el módulo de almacenamiento y disminuyó el efecto de amortiguación en las formulaciones. La presencia de PVA mostró un efecto plastificante en las formulaciones, confirmado por el efecto tampón y un aumento en el módulo de almacenamiento. PVA-SBQ mejoró las propiedades mecánicas mediante reticulación. La adición de PEDOT aumentó las propiedades mecánicas y eléctricas de los materiales obtenidos.