Impresión 3D de biopolímeros para aplicaciones biomédicas

TRABAJO DE FIN DE GRADO
G ado en Ingenie ía Química
IMPRESIÓN 3D DE BIOPOLÍMEROS PARA APLICACIONES
BIOMÉDICAS
Memo ia y Anexos
Au o : Isaac Domingo G ego io
Di ec o : Ca los En ique Aleman Llanso
Codi ec o : Ma ia Leono Ma os Resina
Con oca o ia: Ene o 2025
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Resum
Aques eball es cen a en el desen olupamen i aplicació de ecnologies d’imp essió 3D u ili zan biopolíme s
pe al camp biomèdic. La in es igació anali za les ca ac e ís iques ísico-químiques de di e en s biopolíme s i el
seu po encial pe a aplicacions com p o èsis pe sonali zades, enginye ia de eixi s i sis emes d’allibe amen
con ola à macs.
S’es udia l’op imi zació de pa àme es d’imp essió pe ga an iza p opie a s mecàniques, biocompa ibili a i
es abili a es uc u al, onamen als pe el camp biomèdic. També, es é en comp e aspec es é ics i sos enibles
elaciona s amb lú’s de ma e ials biodeg adables i el seu impac e ambien al.
Els esul a s aconsegui s des aquen la capaci a dels biopolíme s pe sa is e necessi a s especí iques del sec o
biomédic, donan no es pe spec i es pe al disseny de solucions inno ado es.
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Resumen
El p esen e abajo se cen a en el desa ollo y aplicación de imp esión 3D u ilizando biopolíme os pa a el campo
biomédico. La in es igación analiza las ca ac e ís icas ísico-químicas de di e en es biopolíme os y su po encial
pa a aplicaciones como p ó esis pe sonalizadas, ingenie ía de ejidos y sis emas de libe ación con olada de
á macos.
Se es udia la op imización de pa áme os de imp esión pa a ga an iza p opiedades mecánicas,
biocompa ibilidad y es abilidad es uc u al, undamen ales pa a el campo biomédico. También, se ienen en
cuen a aspec os é icos y sos enibles elacionados con el uso de ma e iales biodeg adables y su impac o
ambien al.
Los esul ados alcanzados des acan la capacidad de los biopolíme os pa a sa is ace necesidades especí icas del
sec o biomédico, dando nue as pe spec i as pa a el diseño de soluciones inno ado as.

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Abs ac
This hesis ocuses on he de elopmen and applica ion o 3D p in ing echnologies using biopolyme s o he
biomedical ield. The esea ch analyzes he physicochemical cha ac e is ics o di e en biopolyme s and hei
po en ial o applica ions such as cus omized p os he ics, issue enginee ing, and con olled d ug deli e y
sys ems.
The op imiza ion o p in ing pa ame e s is s udied o ensu e mechanical p ope ies, biocompa ibili y and
s uc u al s abili y, which a e c ucial in he biomedical ield. E hical and sus ainable aspec s ela ed o he use o
biodeg adable ma e ials and hei en i onmen al impac a e also conside ed.
The esul s highligh he abili y o biopolyme s o mee speci ic needs in he biomedical sec o , opening new
pe spec i es o he design o inno a i e solu ions.
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Ag adecimien os
Que ía empeza ag adeciendo a mi co u o a Leono po guia me con an a dedicación du an e odo el p oceso
de elabo ación de es e abajo de una o ma pasional y ocacional. G acias ambién po da me la inc eíble
opo unidad de pode ealiza es e p oyec o an en iquecedo e inno ado .
Además, no puedo deja de menciona a odos los amigos que he podido conoce a lo la go de mi ca e a
uni e si a ia. Su compañía en es e la go camino ha sido muy impo an e, especialmen e en los momen os más
di íciles. G acias po las isas y llo os que he compa ido du an e es a e apa de mi ida.
Po o o lado, quie o ag adece a mis pad es y a mi he mano. Su p esencia cons an e ha sido esencial en es e
la go camino. Han es ado a mi lado en odo momen o, escuchando mis inquie udes, aguan a mis a igas y
descon en os, y po da me la o aleza necesa ia pa a con ia en mí mismo. Sin luga a duda, sin su apoyo nunca
me hubie a imaginado pode es a cumpliendo los desa íos que la ida me es á poniendo y pode sen i me
o gulloso de mis log os.
Como pun o inal, ambién quie o ag adece es e abajo a esa pe sona que siemp e es u o y es a á a mi lado
dándome las palab as de alien o que me dan ue zas pa a segui llegando a las me as que me p opongo. Po eso
apa e de ag adecé elo, ambién me gus a ía dedica e es e abajo abuelo, ya que es la culminación de mis
conocimien os de es a ca e a que an o admi abas.
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2. ESTADO DEL ARTE
En los úl imos años, el a ance de los hid ogeles en su o mulación y nue as écnicas de ab icación, han ampliado
signi ica i amen e su campo de aplicación, que an desde la cosmé ica, la ag icul u a y en la medicina, siendo
conside ados ma e iales cla es en di e en es á eas, en conc e o en la biomedicina.
En es e con ex o, los hid ogeles en la biomedicina son muy aliosos g acias a sus p opiedades únicas, como la
biocompa ibilidad, que les pe mi e in e ac ua de mane a segu a y e icien e con el cue po humano, sin p o oca
eacciones ad e sas en el o ganismo. Además, los hid ogeles ienen la capacidad de libe a á macos de mane a
con olada, lo que hace que sean esenciales en la medicina pe sonalizada. [1]
Los hid ogeles ac ualmen e siguen siendo un oco de in es igación ya que se p e ende mejo a sus p opiedades
mecánicas y capacidad de adap ación en di e en es aplicaciones biomédicas. El desa ollo de hid ogeles
in eligen es pe mi e c ea ma e iales con espues as adap a i as, como cambios de olumen o libe ación de
á macos, cuando son pues os a es ímulos ex e nos como la empe a u a, el pH o la luz. Po o a pa e, los
hid ogeles ambién se es án op imizando pa a mejo a su es abilidad a la go plazo, su capacidad de in eg ación
en ejidos i os y deg adación de mane a con olada en el cue po. [2]
La imp esión 3D y los hid ogeles es una combinación muy p ome edo a pa a el u u o ya que g acias a la
imp esión 3D, es posible ab ica es uc u as idimensionales p ecisas, aumen ando la pe sonalización en el
campo de la biomedicina.
2.1. Hid ogeles
Los hid ogeles son ma e iales idimensionales compues os po edes de políme os con la capacidad de e ene
y abso be agua en su es uc u a. Es a ca ac e ís ica jun o con o as, hacen que los hid ogeles sean in es igados
y u ilizados en a ios ámbi os como po ejemplo en biomedicina, en ag icul u a, en cosmé ica y en o os campos
indus iales.
A pa e de pode e ene y abso be agua, ienen o as ca ac e ís icas las cuales los hace especial pa a cie as
aplicaciones. Son ma e iales biocompa ibles, ya que no p o ocan eacciones hos iles al en a en con ac o con
ejidos i os. Relacionado con es o, ambién pueden se modi icados pa a que sean sensibles a es ímulos
ex e nos haciendo que puedan cambia sus p opiedades en espues a a es os, como, po ejemplo, cambios de
pH o de empe a u a.
Los hid ogeles ienen muchas aplicaciones, sob e odo en el campo de la biomedicina g acias a sus especiales
ca ac e ís icas. Una de muchas aplicaciones es la libe ación con olada de á macos. Es o es posible ya que su
capacidad de abso ción puede egula la libe ación de sus ancias ac i as. Los hid ogeles ayudan mucho a la

Memo ia
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ingenie ía de ejidos ya que si en como es uc u a pa a cul i a células, haciendo que se puedan usa pa a
egene a ejidos o incluso ó ganos.
Hay a ios ejemplos de hid ogeles ab icados con imp esión 3D que es án siendo usados pa a aplicaciones en el
campo de la biomedicina. Uno de es os casos es el PLGA, que es un políme o de ácido lác ico-glicólico, el cual se
es á in es igando en a ias uni e sidades de Es ados Unidos, pa a la libe ación con olada de medicamen os,
especialmen e pa a el a amien o de en e medades c ónicas. [3]
O os hid ogeles se es án in es igando pa a sob e odo se aplicados a la ingenie ía de ejidos. Es el caso de los
hid ogeles basados en colágeno que, g acias a su capacidad de in e ac ua de mane a bene iciosa con las células,
se es án u ilizando pa a c ea es uc u as pa a la egene ación de ejidos como la piel, ca ílago y hueso. [4]
2.2. Imp esión 3D
La imp esión 3D a a és del p ocesamien o digi al de luz (DLP, po sus siglas en ingles), es una écnica muy usada
ecien emen e pa a la ab icación de hid ogeles g acias a su p ecisión y elocidad pa a c ea es uc u as
complejas. Es a écnica usa luz pa a solidi ica selec i amen e esinas o osensibles lo que la hace una écnica
idónea pa a campos como la biomedicina, ingenie ía de ejidos y disposi i os médicos.
El DLP se basa en el lanzamien o de luz ul a iole a (UV) o isible pa a polime iza una esina liquida o osensible
capa po capa. La esina es á compues a po monóme os jun o con o oiniciado es que eaccionan al se
expues os a la luz, c eando enlaces c uzados que solidi ican el ma e ial.
En la Figu a 1 se obse a un diag ama esquemá ico que enseña el p incipio de uncionamien o y sus posibles
aplicaciones en campos elacionados con ecnología de imp esión 3D basada en DLP. [5]
Figu a 1. Diag ama esquemá ico del p incipio de uncionamien o de DLP
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Pa a es e p oyec o, siemp e se ha u ilizado el mismo modelo de imp eso a, el cual se mues a en la Figu a 2.
Es e modelo en conc e o es la LUMEN X™ Gen 3, capaz de imp imi capa po capa con g an p ecisión y emi i
luz isible a 405 nm. [6]
Figu a 2. Imp eso a 3D DLP
2.3. Ma e iales
2.3.1.Gela ina/GelMA
El GelMA, Me ac iloilo de gela ina (Figu a 3), es un hid ogel de i ado de la gela ina, que a su ez es una p o eína
ob enida po hid olisis pa cial del colágeno. Se sin e iza a a és de la modi icación química de la gela ina con
g upos me ac ila os. Algunas de sus p opiedades son su capacidad de se na u almen e compa ible con células
y ejidos, y sus p opiedades mecánicas ajus ables que dependen de ac o es que se pueden modi ica .
P o undizando más en la sín esis del GelMA, se basa en modi ica químicamen e la gela ina con anhid ido
me ac ílico (MAA) pa a añadi g upos me ac ílicos a las cadenas de gela ina, pe mi iendo que se o men
hid ogeles o opolime izables.
Memo ia
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Figu a 3. Es uc u a química del GelMA
2.3.1.1. Reacción en la sín esis de GelMA
La eacción cen al en la sín esis de GelMA implica la modi icación de los g upos uncionales de la gela ina, en
especí ico los g upos amino lib es de los esiduos de lisina y los g upos hid oxilo de hid oxilisina, usando
anhid ido me ac ílico (MAA). Es a eacción se ealiza en un en o no acuso con olado pa a ga an iza una al a
e iciencia y ep oducibilidad.
Hay a ias e apas en es a eacción, que empieza po la ac i ación de los g upos uncionales. En la solución inicial,
de pH alcalino (9.0), se a o ece la dep o onación de los g upos amino (NH3+  -NH2), que son las p incipales
en idades eac i as. Es a dep o onación es muy impo an e ya que los g upos amino neu os eaccionan con
más acilidad con MAA.
A con inuación, el MAA eacciona con los g upos amino lib es a a és de una eacción nucleo ílica, donde el
ni ógeno del g upo amino a aca el ca bono elec oposi i o en el anhíd ido del MAA. Es o conduce a la ape u a
del anillo del anhíd ido y la o mación de un enlace amida con la inco po ación del g upo me ac ílico.
Finalmen e, se pasa a la me ac ilación de g upos hid oxilo, donde a concen aciones más al as de MAA, los
g upos hid oxilo (-OH) de hid oxilisina ambién pueden pa icipa en eacciones simila es, o mando enlaces
és e me ac ílicos. [7]
En la Figu a 4 se mues a la eacción en cues ión.
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Figu a 4. Reacción en la sín esis de GelMA
2.3.2.Ácido Tánico
El ácido ánico es un compues o enólico, ep esen ado en la Figu a 5, que puede descompone se en ácidos
enólicos más simples median e la hid olisis. Se puede ob ene na u almen e a pa i de co ezas, u os y hojas,
y ambién indus ialmen e median e ex ac os ege ales. Su uso más común es en el campo de la a macéu ica
pa a la p o ección de ejidos en e a daño oxida i o y en la limpieza de he idas y quemadu as. [8]
Figu a 5. Es uc u a química del Ácido Tánico
2.3.3.LAP
El Fenil-2,4,6- ime ilbenzoil os ina o de li io, ambién conocido como LAP (Figu a 6), es un o oiniciado usado
mayo i a iamen e en la o opolime ización de hid ogeles pa a aplicaciones de bioingenie ía de ejidos e
imp esión 3D. Es usado po su al a e iciencia gene ando adicales lib es, y su solubilidad ya que es soluble en
agua y eso acili a su uso. El LAP es ampliamen e usado jun amen e con GelMA pa a la p oducción de hid ogeles
median e una eacción de o opolime ización como se de alla en el siguien e apa ado. [9]
Memo ia
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Figu a 6. Es uc u a química del LAP
2.3.3.1. Reacción de o opolime ización
La eacción de LAP y GelMA bajo la luz implica un p oceso de o opolime ización que o ma un hid ogel
e iculado. Es e p oceso de o opolime ización se u iliza ampliamen e en ingenie ía de ejidos y aplicaciones
biomédicas debido a su ci ocompa ibilidad y con ol espacio empo al.
Cuando se expone a la luz UV o isible (365-405 nm), el LAP se descompone y gene a adicales lib es. Es os
adicales son especies al amen e eac i as que inician el p oceso de polime ización.
GelMA con iene g upos me ac iloílicos (-CH₂=C(CH₃)-COO-) in oducidos du an e su uncionalización. Es os
g upos ienen dobles enlaces ca bono-ca bono (C=C).
Los adicales lib es a acan los dobles enlaces, haciendo que se ompan y o men enlaces simples como pa e del
p oceso de polime ización. Los dobles enlaces o os o man nue os enlaces sigma C-C en e g upos
me ac iloílicos adyacen es en di e en es cadenas de GelMA, dando luga a enlaces c uzados co alen es.
El en ec uzamien o o ma una densa ed de hid ogeles en 3D, en la que las cadenas de GelMA es án unidas
co alen emen e a a és de es os enlaces C-C ecién o mados. Es os enlaces co alen es son es ables y
p opo cionan la in eg idad mecánica y la es abilidad es uc u al del hid ogel.
T as la e iculación, los enlaces de hid ógeno en e los g upos uncionales es an es de GelMA (po ejemplo, los
g upos amida e hid oxilo) ambién pueden con ibui a las p opiedades del hid ogel, pe o se a a de
in e acciones secunda ias y no o man pa e del mecanismo de o opolime ización.
Es os enlaces co alen es o mados po o opolime ización son undamen ales pa a la esis encia mecánica, la
elas icidad y el compo amien o de deg adación del hid ogel, lo que lo hace adecuado pa a aplicaciones como
andamiajes isula es, adminis ación de á macos y bio ab icación.

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3. TÉCNICAS DE CARACTERIZACIÓN
3.1. (GF y EQ)
Las écnicas de GF y EQ ( acción de gel y con enido de agua en el equilib io, espec i amen e) son écnicas de
labo a o io que se usan pa a medi la e iciencia de geli icación y el g ado de hid a ación de los hid ogeles.
En el caso de la écnica GF, si e pa a indica el an o po cien o de gel en la mues a analizada, como se mues a
en la siguien e ecuación:
𝐺𝐹ሺ%ሻ=𝑚𝐶𝐿1
𝑚𝐶𝐿2·100 (Ec. 3.1)
Donde 𝑚𝐶𝐿1 es el peso en seco después de congela y lio iliza po p ime a ez, 𝑚𝐶𝐿2 es el peso de la mues a
as 1 día en PBS a 37 ⁰C y del mismo p ocedimien o de congela y lio iliza hecho po segunda ez.
En el caso de la écnica EQ pe mi e medi el an o po cien o de agua en equilib io que hay en la mues a
analizada, como se mues a en la siguien e ecuación:
𝐸𝑄ሺ%ሻ=ሺ𝑚𝐴𝐻−𝑚𝐶𝐿ሻ
𝑚𝐴𝐻 ·100 (Ec. 3.2)
Donde
𝑚𝐴𝐻 es el peso en húmedo después de calen a la mues a a 37 ⁰C en PBS po 1 día, y 𝑚𝐶𝐿 es el peso en
seco después de congela y lio iliza .
3.2. Ra io de hinchamien o
Una ca ac e ís ica dis in i a de los hid ogeles es su capacidad de expandi se. Cuando el hid ogel en a en
con ac o con moléculas de disol en e, es as in e ac úan con su supe icie y g adualmen e se in oducen en la
es uc u a polimé ica del hid ogel. Es e enómeno es conocido como “hinchamien o” o “swelling”.
Es a capacidad de hinchamien o es una ca ac e ís ica que puede ajus a se según los eque imien os especí icos
de di e sas aplicaciones, es o hace que los hid ogeles sean ma e iales muy ú iles en una amplia gama de campos.
La abso ción del sol en e se e alua a pa i de la elación de expansión en el equilib io (Ec. 3.3), donde “mo” es
el peso inicial del gel e minado de imp imi y “m ” es el peso del gel as un iempo de inme sión.
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𝐻𝑅ሺ%ሻ = 𝑚𝑜
𝑚𝑡·100 (Ec. 3.3)
3.3. Espec oscopía in a oja (FTIR)
La espec oscopia in a oja (IR) se usa pa a iden i ica g upos uncionales, es udia in e acciones molecula es y
analiza la composición química de ma e iales. En el caso de los hid ogeles, es ú il pa a ca ac e iza las
modi icaciones químicas y las in e acciones en e los componen es del hid ogel.
La espec oscopia IR se basa en la abso ción de adiación IR po las moléculas, eso p o oca la ib ación de los
enlaces químicos den o de ella. Cada ipo de enlace iene una ecuencia dis in a de ib ación. De es a mane a,
las di e encias en la es uc u a química de los ma e iales hacen que se gene e espec os IR di e en es. [10]
Los espec óme os de hoy en día, como el mos ado en la Figu a 7, gene an una amplia a iedad de ecuencias
que in e ac úan sob e las mues as. Es as señales se p ocesan usando una écnica conocida como espec oscopia
in a oja po ans o mada de Fou ie (FTIR), la cual p oduce el espec o IR co espondien e.
Figu a 7. Equipo de espec oscopia in a oja
3.4. Mic oscopio elec ónico de ba ido (SEM)
El mic oscopio elec ónico de ba ido (SEM), como el que se incluye en la Figu a 8, es un ins umen o u ilizado
pa a analiza la es uc u a idimensional de las mues as con un g an ni el de de alle. Es a écnica es muy usada
en la ca ac e ización de hid ogeles y o os ma e iales que pe mi e obse a ca ac e ís icas como la po osidad y
el amaño de los po os.
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La écnica del SEM usa un haz de elec ones en ez de luz pa a gene a imágenes de al a esolución. Es e haz se
emi e desde un cá odo, gene almen e de un ma e ial de emisión de campo, se acele a po un campo eléc ico y
es di igido hacia la mues a a pa i de un sis ema de len es elec omagné icas que en oca los elec ones.
Los elec ones al choca con la supe icie de la mues a gene an di e en es señales, a causa de las in e acciones
en e los elec ones y los á omos del ma e ial. En e es as señales hay que ecalca los elec ones secunda ios y
e odispe sados. Los elec ones secunda ios nos apo an in o mación sob e el elie e de la supe icie mien as
que los elec ones e odispe sados nos indican el con as e basado en la composición química del ma e ial. La
in e acción mencionada an e io men e puede emi i ayos X ca ac e ís icos que son ú iles pa a análisis químicos
de allados.
Las señales p oducidas son de ec adas po de ec o es especializados que las ans o man en una imagen de al a
esolución, que mues a con p ecisión las ca ac e ís icas supe iciales de la mues a. [11]
Figu a 8. Equipo del mic oscopio elec ónico de ba ido SEM
3.5. Mic o CT
Mic o CT, o X- ay mic o compu ed omog aphy, es una écnica de imagen a anzada que se usa pa a es udia la
es uc u a idimensional de ma e iales como los hid ogeles, sin ene que des ui la mues a. Es o pe mi e
ob ene imágenes de alladas a ni el mic omé ico, que son muy ú iles pa a analiza ca ac e ís icas in e nas y
ex e nas, como la po osidad y la dis ibución de los po os.
El mic o CT scanne u iliza ayos X pa a gene a las imágenes. Du an e el p oceso hay una uen e la cual emi e
un haz de ayos X que aspasa el ma e ial al mismo iempo que la mues a o a pa a que se obse e desde
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di e en es ángulos. A pa i de es o se ob ienen imágenes bidimensionales que pos e io men e son p ocesadas
po un so wa e especializado el cual econs uye un modelo idimensional haciendo posible la isualización de
las ca ac e ís icas ex e nas e in e nas del ma e ial con una esolución mic omé ica. [12]
3.6. UV-Visible
La espec oscopía UV-Visible es una écnica analí ica muy u ilizada en el campo de la química y bioquímica pa a
in es iga la abso ción de adiación elec omagné ica en las egiones ul a iole a (UV) (200-400 nm) y isible
(400-700 nm) del espec o elec omagné ico.
El p incipio de la espec oscopía UV-Visible se undamen a en la in e acción de la luz con las sus ancias químicas,
p incipalmen e con las que con ienen enlaces c omó o os, que son esponsables de la abso ción de la adiación
en es as egiones del espec o. A pa i de es o, se de e mina la can idad de luz abso bida o ansmi ida po una
mues a, pa a pos e io men e, pode ca ac e iza y analiza ma e iales como los hid ogeles.
Figu a 9. Equipo de espec oscopia UV-Visible
3.7. Ensayos de comp esión mecánica
Los ensayos mecánicos de comp esión son cla e pa a analiza las p opiedades mecánicas de un ma e ial,
e aluando el compo amien o al aplica ue zas de comp esión que ienden a disminui su olumen. Es os
ensayos mues an da os sob e la capacidad del ma e ial a aguan a ca gas comp esi as, la esis encia del
ma e ial y sus ca ac e ís icas ísicas.
Du an e los ensayos, se aplica una ue za de mane a p og esi a sob e la mues a y se egis a su espues a en
é minos de ue za y de o mación. Con los da os ob enidos, se pueden de e mina pa áme os como la
esis encia a la comp esión, la igidez, la elas icidad y o as p opiedades mecánicas que ca ac e izan el
endimien o del ma e ial.
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se epe i ía el p ocedimien o del apa ado 4.5.1 Secado po congelación y lio ilización pa a pesa las mues as
en seco po segunda y úl ima ez. Es e p oceso ambién se puede en ende como una ecuación la cual ya se ha
mencionado con an e io idad siendo la Ec 3.1
En el caso de EQ, al e mina la imp esión 3D, las mues as se deben deja en emojo en PBS y calen a las en un
ho no a 37ºC du an e 1 día. A con inuación, se pesa án las mues as en húmedo pa a inalmen e epe i el
p ocedimien o del apa ado 4.5.1 Secado po congelación y lio ilización y pesa las mues as en seco. Es e
p oceso ambién se puede en ende como una ecuación la cual ya se ha mencionado con an e io idad siendo la
Ec 3.2
Es e p ocedimien o se ha hecho an o con las mues as de GelMA como las mues as de GelMA con AT.
Figu a 15. Ho no
4.7. Espec oscopía in a oja (FTIR)
Al ealiza las p uebas de IR, se ha ealizado el p ocedimien o del apa ado 4.5.1 Secado po congelación y
lio ilización.
Es e p ocedimien o se ha hecho an o con las mues as de GelMA como las mues as de GelMA con AT. A pa e,
ambién se han hecho p uebas de IR con gel pu o y acido ánico pu o los cuales se han analizado di ec amen e
sin segui el p ocedimien o del apa ado 4.5.1, pues o que ya se encuen an secos.
4.8. Mic oscopio elec ónico de ba ido (SEM)
Pa a ealiza la écnica de SEM, se han aplicado los p ocedimien os explicados en el apa ado 4.5.2
Deshid a ación a pa i de E anol.

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Po cues iones écnicas y de iempo, no se ha podido ealiza es a écnica de ca ac e ización.
4.9. Ra io de hinchamien o
Pa a la a io de hinchamien o o swelling, p e iamen e, se han p epa ado 4 ecipien es, con cada uno
con eniendo una mues a de hid ogel, y a pa e ambién se han p epa ado 500 mL de solución PBS de 0,1 M.
P ime o se oma á el peso inicial de las mues as y una ez ob enido su peso, se ellena á cada ecipien e con 5
mL del PBS p epa ado an e io men e y se coloca á en el ho no (Figu a 15) a calen a a 37 ºC du an e una ho a.
Al inaliza la ho a, se qui a á el PBS del ecipien e pa a pode pesa la mues a de hid ogel y una ez se ob enga
su peso se ol e á a ellena el ecipien e con 5 mL de PBS pa a ol e a calen a a 37ºC en el ho no.
Es e p oceso se epe i á pa a los iempos de espe a en el ho no de 2 ho as, 1 día, 4 días y 7 días. Es e
p ocedimien o se ha hecho an o con las mues as de GelMA como las mues as de GelMA con AT con la única
di e encia de que con las mues as que con ienen AT se añadió un iempo de espe a de más de 10 días.
4.10. UV-Visible
En el caso de la UV-Visible se han imp imido 4 mues as de GelMA y 4 mues as de GelMA + AT, eniendo 8
mues as en o al. Como se ha explicado en el apa ado 4.3. Imp esión 3D en la pa e de añadi la in a, en es e
caso, an es de añadi la in a a la imp eso a, se le ag ega á un ango de en e 0,01 y 0,05 g amos de an ibió ico
Clo an enicol en es ado sólido.
Una ez se engan las mues as imp imidas, es as pasa an po una se ie de la ados de PBS, p e iamen e
p epa ado, en iempos de 5 minu os, 10 minu os, 15 minu os, 30 minu os, 45 minu os, 1 ho a y 2 ho as,
gua dando alícuo as de 1 mL del PBS de la ado de cada iempo pa a de e mina si hay libe ación del an ibió ico.
Finalmen e, las mues as de PBS es a án lis as y se pasa on po el equipo de UV-Visible pa a hace las p uebas
co espondien es.
4.11. Mic o CT
Pa a hace los ensayos de mic o CT, es necesa io abaja con p o o ipos di e en es que el mencionado en el
apa ado 4.1 Diseño 3D del p o o ipo. Po es a azón se ha c eado un p o o ipo nue o, mos ado en la siguien e
imagen.
21
Figu a 16. P o o ipo pa a mic o CT
Es e nue o p o o ipo es un cilind o de 5 mm de al u a y 7 mm de diáme o. Es as medidas son necesa ias pa a
pode ealiza los ensayos de mic o CT. Una ez imp imido el p o o ipo, se deshid a an las mues as segundo el
apa ado 4.5.1 Secado po congelación y lio ilización, y se p ocede a ealiza las p uebas de mic o CT pa a
de e mina la po osidad o al y la dis ibución del amaño de po o de las mues as. Es as p uebas se han
ealizado an o pa a mues as de GelMA como pa a mues as de GelMA con AT.
22
5. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LOS HIDROGELES
5.1. Imp esión 3D
Como se ha explicado en el apa ado 4.3. Imp esión 3D, an es de imp imi una mues a de hid ogel se han enido
que de ini unos pa áme os de imp esión. Se han ealizado a ias p uebas de imp esión pa a e el e ec o de
es os pa áme os. Finalmen e se han conc e ado los siguien es pa áme os:
 Tiempo de imp esión po capa = 10 segundos
 Po cen aje de luz emi ida = 70%
A pa e, hay o os ac o es que a ec an a la imp esión ue a de la imp eso a. Uno de es os es la empe a u a de
la in a al imp imi .
Pa a conse a la in a, es necesa io gua da la en una ne e a, haciendo que se solidi ique. Al que e hace uso
de ella, hay que calen a la a unos angos de empe a u a de en e 30 y 40 ºC pa a que uel a a se líquida. La
cues ión es que, si se usa la in a ecién sacada de calen a , la in a se á demasiado líquida pa a pode imp imi
y si se a da mucho en usa , dejando que se en ié, la in a se á demasiado sólida pa a pode imp imi . Es e ac o
de empe a u a se debe ene en cuen a cada ez que se quie a imp imi .
Como esul ado, con la imp eso a mos ada en la Figu a 8 se ha podido imp imi las siguien es o mas necesa ias
pa a la ca ac e ización:
 Cubo de al u a 2,5 mm, longi ud 2,5 mm y anchu a 2,5 mm, mos ado en la Figu a 11
 Cubo de al u a 2,5 mm, longi ud 6,5 mm y anchu a de 2,5 mm, simila a la Figu a 11 pe o con longi ud
di e en e
 Cilind o de al u a 1 cm y diáme o de 1 cm, mos ado en la Figu a 12
 Cilind o de al u a 5 mm y diáme o de 7 mm, mos ado en la Figu a 16
5.2. Mic oscopio elec ónico de ba ido (SEM)
Como se ha comen ado en el apa ado 4.8, la écnica de SEM, no se han podido ealiza po azones écnicas y
de iempo.
23
5.3. G ado de hid a ación (GF y EQ)
Pa a de e mina GF y EQ se ha p ocedido a usa las ecuaciones Ec 3.1 y Ec 3.2:
𝐺𝐹ሺ%ሻ=𝑚𝐶𝐿1
𝑚𝐶𝐿2
·100
𝐸𝑄ሺ%ሻ=ሺ𝑚𝐴𝐻 − 𝑚𝐶𝐿ሻ
𝑚𝐴𝐻
·100
Donde 𝑚𝐶𝐿1 es el peso en seco después de congela y lio iliza po p ime a ez, 𝑚𝐶𝐿2 es el peso de la mues a
as 1 día en PBS a 37 ⁰C y del mismo p ocedimien o de congela y lio iliza hecho po segunda ez,
𝑚𝐴𝐻 es el
peso en húmedo después de calen a la mues a a 37 ⁰C en PBS po 1 día, y 𝑚𝐶𝐿 es el peso en seco después de
congela y lio iliza .
Al ealiza los cálculos, salen los siguien es esul ados:
Tabla 2. Resul ados de GF
GF
GelMA
GelMA +
AT
MEDIA
80,43%
80,64%
Des iacio
n
0,070%
0,018%
Tabla 3. Resul ados de EQ
EQ
GelMA
GelMA +
AT
MEDIA
93,01%
94,05%
Des iacio
n
0,004%
0,0146%
24
Como se puede obse a en el caso de GF, si se compa an los esul ados en e GelMA y GelMA + AT, no hay
mucha di e encia en e ellos (una di e encia de 0,21). En el caso de EQ, la di e encia en e po cen ajes es un
poco más no able, pe o an solo de un 1,04%, siendo que la di e encia aun sea pequeña.
Una obse ación posible es que, en ambos casos, la e iciencia de c osslinking esul ado de la eacción de
o opolime ización du an e la imp esión no se e a ec ada po la p esencia de AT en el hid ogel, esul ando en
GF y EQ muy simila es. El pequeño aumen o de EQ en las mues as de GelMA + AT puede signi ica que las
mues as de es e ipo gua den una can idad de agua en su in e io mayo que las mues as de GelMA po el
aumen o de g upos hid oxilo (OH) debido al AT y que mejo a in e acción con moléculas de agua.
5.4. Ra io de hinchamien o
Haciendo e e encia al apa ado 3.3. Ra io de hinchamien o, conc e amen e a la Ec 3.3, es a se á la mane a de
p ocede con los cálculos pa a la a io de hinchamien o. Una ez ealizados, se han g a icado los esul ados.
Figu a 17. Resul ados de deg adación de las mues as de GelMA
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
0. 2. 4. 6. 8.
Deg adación (%)
Tiempo (dias)
DEGRADACIÓN GelMA

25
Figu a 18. Resul ados de deg adación de las mues as de GelMA + AT
Como se puede e en la Figu a 17, las mues as de GelMA a lo la go del iempo an pe diendo peso ya que se
disuel en en el PBS, llegando a un alo de 30% de su peso inicial como máximo al día 7 donde hay mues as que
se disuel en comple amen e.
Po o o lado, en la Figu a 18, se puede obse a que las mues as de GelMA + AT ienen un pequeño inc emen o
de peso en los p ime os ins an es de iempo, pe o a medida que pasa el iempo, an pe diendo peso has a
disol e se comple amen e en el PBS, llegando a un alo de 40% de su peso inicial al inal de 10 días.
Hay que ene en cuen a que los pun os ep esen ados en ambos g á icos son la media de 4 p uebas pa a cada
ins an e de iempo.
Si compa amos ambas g á icas, se puede e que las mues as de GelMA + AT a dan mucho más en disol e se
comple amen e an es que las de GelMA. Es o puede se debido a que el AT aumen e la capacidad de e ención
de disol en e po el aumen o de los g upos hid oxilo del AT que es ablecen puen es de hid ogeno con el agua, y
haciendo que se e a da a más el e ec o de deg adación.
5.5. Espec oscopía in a oja (FTIR)
5.5.1.P epa ación mues a
Pa a pode p ocede con la espec oscopia in a oja es necesa io que las mues as hayan sido p ocesadas
median e el p ocedimien o del apa ado 4.5.1. Secado po congelación y lio ilización.
0.00%
35.00%
70.00%
105.00%
140.00%
0. 2.5 5. 7.5 10. 12.5
Deg adación (%)
Tiempo (dias)
DEGRADACIÓN GelMA + AT
26
5.5.2.FTIR
En es a p ueba se han ep oducido los espec os de la gela ina pu a, del ácido ánico, de una mues a de hid ogel
GelMA y de una mues a de hid ogel GelMA + AT:
Figu a 19. G á ico de los espec os FTIR
Como se puede obse a en la Figu a 19, se mues an los g upos uncionales del Ácido Tánico. Si se compa an
los espec os de AT y GelMA + AT, se puede e que los g upos uncionales concue dan en ambos espec os
indicando que la mues a de hid ogel GelMA + AT con iene AT en su es uc u a. En la Tabla 4 se puede obse a
mejo es a conco dancia en e el hid ogel de GelMA + AT y AT.
Tabla 4. Asignación de las p incipales bandas de abso ción del espec o in a ojo [14]
G upos
uncional
es
GelMA + AT
AT
O-H
3300-3000
3300-3000
-CH-
3000-2800
3000-2800
C=O
1800-1600
1800-1600
C-O
1200-1000
1200-1000
27
C=C
700-600
700-600
Figu a 20. G á ico de los espec os FTIR
Si se compa a el espec o del gel pu o con los espec os de los hid ogeles de GelMA y GelMA + AT, se puede
obse a g andes simili udes indicando que ambos hid ogeles, an o de GelMA como de GelMA + AT, ienen gel
pu o en su es uc u a. En la Tabla 5 se pueden e mejo es as simili udes.
Tabla 5. Asignación de las p incipales bandas de abso ción del espec o in a ojo [15]
G upos
uncional
es
GelMA + AT
GelMA
Gel Pu o
Amida iii
3300-3100
3300-3100
3300-3100
C-H
ex ensión
3000-2800
3000-2800
3000-2800
Amida i
1800-1600
1800-1600
1800-1600
Amida ii
1550-1450
1550-1450
1550-1450
C-H
doblando
1400-1250
1400-1250
1400-1250
28
C-N
ex ensión
1200-950
1200-950
1200-950
5.6. Comp esión
5.6.1.Análisis numé ico
En los ensayos de comp esión mecánica, al ealiza las p uebas con las mues as de hid ogel GelMA e hid ogel
GelMA + AT, se ob ienen los siguien es esul ados:
Figu a 21. G á ico de la comp esión mecánica con mues as de hid ogel GelMA
35
Hay algunas sus ancias que se han u ilizado en es e p oyec o que el Reglamen o (CE) nº 1272/2008 no las iene
en cuen a, ya que, según es e mismo eglamen o, no es án clasi icadas como sus ancias químicas pelig osas
po que no p esen an una g an amenaza.
- LAP
- Gel
- GelMA
Indicaciones de pelig o:
H225 – Líquido y apo es muy in lamables
H302 – Noci o en caso de inges ión
H314 - P o oca quemadu as g a es en la piel y lesiones ocula es g a es
H317 – Puede p o oca una eacción alé gica en la piel
H318 - P o oca lesiones ocula es g a es
H319 – P o oca i i ación ocula g a e
H330 - Mo al en caso de inhalación
H334 – Puede p o oca sín omas de ale gia o asma o di icul ades espi a o ias en caso de inhalación
H351 - Se sospecha que p o oca cánce
H361 d - Se sospecha que pe judica a la e ilidad. Se sospecha que daña al e o
H410 - Muy óxico pa a los o ganismos acuá icos, con e ec os noci os du ade os

36
7. ANÁLISIS DE VISTA SOCIAL
El p esen e abajo se en oca en el desa ollo y aplicación de ecnologías de imp esión 3D u ilizando
biopolíme os, di igidas al ámbi o biomédico. Desde una pe spec i a social, es a in es igación ep esen a una
con ibución signi ica i a en a ios aspec os que ale la pena ema ca .
En p ime luga , la in es igación abo da necesidades c í icas en el sec o de la salud. G acias a la aplicación de
ecnologías de imp esión 3D, es posible diseña y ab ica disposi i os médicos pe sonalizados que se ajus en a
las necesidades especí icas de cada pacien e. Es e ni el de pe sonalización iene un impac o di ec o en la calidad
de ida de las pe sonas, especialmen e en aquellas que equie en p ó esis u o os disposi i os médicos.
Además, la posibilidad de u iliza es as ecnologías pa a la egene ación de ejidos y la libe ación con olada de
á macos ab e las pue as hacia a amien os más e ec i os y segu os, con ibuyendo así al bienes a gene al.
O o aspec o undamen al es la accesibilidad ecnológica que es as soluciones pueden p opo ciona . La
imp esión 3D pe mi e una p oducción local y bajo demanda, lo que disminuye signi ica i amen e los cos os
asociados con la logís ica y la impo ación de disposi i os médicos. Es o esul a pa icula men e ele an e en
egiones con ecu sos limi ados, donde es as inno aciones pod ían ma ca una di e encia c ucial en los sis emas
de salud públicos. Además, es as ecnologías o ecen la posibilidad de adap a se a con ex os especí icos, lo que
e ue za su po encial pa a educi desigualdades en el acceso a a amien os a anzados.
Desde una óp ica social, el abajo ambién p omue e la inclusión y la equidad. En el diseño y desa ollo de es as
soluciones, se ha p io izado un en oque no sexis a ni disc imina o io, asegu ando que los disposi i os sean
accesibles y ú iles pa a pe sonas de di e en es géne os, edades y condiciones socioeconómicas. La inclusión de
p incipios de accesibilidad uni e sal en el desa ollo de los disposi i os biomédicos ambién ga an iza que
puedan se u ilizados po pe sonas con di e sas capacidades ísicas o cul u ales.
A pa e, es e abajo iene implicaciones educa i as y de in es igación a la go plazo. La explo ación de la
in eg ación de biopolíme os y ecnologías a anzadas como la imp esión 3D ab e nue as líneas de in es igación
y p omue e el desa ollo de conocimien o in e disciplina io. La implemen ación de es as ecnologías pod ía
gene a opo unidades labo ales en campos como la manu ac u a, el diseño y la in es igación, con ibuyendo al
c ecimien o económico y social.
Sin emba go, ambién es impo an e conside a los posibles iesgos sociales asociados. Po ejemplo, la
p oducción de biopolíme os pod ía depende de ma e ias p imas cuya ex acción pueda a ec a nega i amen e
a comunidades ulne ables. Pa a mi iga es e iesgo, es undamen al colabo a con p o eedo es que cumplan
con es ánda es é icos y ambien ales. La adap ación de es as ecnologías en con ex os de bajos ecu sos pod ía
en en a ba e as como el acceso limi ado a la ecnología o la capaci ación insu icien e del pe sonal.
37
En es e con ex o, el abajo ambién se alinea con a ios de los Obje i os de Desa ollo Sos enible (ODS)
p omo idos po Naciones Unidas. Pa icula men e, con ibuye al ODS 3 (Salud y bienes a ) al p opo ciona
he amien as inno ado as pa a mejo a la a ención sani a ia; al ODS 9 (Indus ia, inno ación e in aes uc u as)
median e el omen o de ecnologías a anzadas en sec o es cla e; y al ODS 12 (P oducción y consumo
esponsables) al p omo e el uso de ma e iales biodeg adables y p ocesos sos enibles.
38
8. PRESUPUESTO Y/O ANÁLISIS ECONÓMICO
En es e apa ado se ealiza á un es udio económico del p oyec o.
Tabla 10. Cos e de los p oduc os químicos [17][18]
Tabla 11. Cos e de los equipos [19][20]
Tabla 12. Cos e del pe sonal
39
En la siguien e abla es á ep esen ado el cos e o al del p oyec o, el cual iene en cuen a odo lo mos ado en
las ablas an e io es.
Tabla 13. Cos e o al
Figu a 27. % Cos es
40
9. CONCLUSIONES
Como pun o inal de es e p oyec o, hay que hace un análisis de odo lo que se hecho y odo lo que se ha
cumplido. Uno de los p incipales obje i os es ablecidos, el cual se ha cumplido en su mayo pa e ha sido
demos a la iabilidad y el po encial de los hid ogeles de GelMA y GelMA combinado con ácido ánico (AT)
ab icados median e imp esión 3D pa a aplicaciones biomédicas
A pa e, ambién hay que ema ca o os obje i os impo an es de es e p oyec o:
1. Fab icación de hid ogeles median e imp esión 3D:
Se ha llegado a pode op imiza el p oceso de imp esión 3D u ilizando pa áme os, como el iempo de
imp esión po capa y la in ensidad emi ida, que han pe mi ido ob ene es uc u as 3D ep oducibles y
uncionales, necesa ias pa a las p uebas pos e io es.
2. Ca ac e ización ísico-química de los hid ogeles:
- Las écnicas de FTIR con i ma la in eg ación de AT en los hid ogeles, des acando la compa ibilidad de
los ma e iales.
- La po osidad y dis ibución del amaño de los po os que se han analizado median e mic o-CT, se
demues a que los hid ogeles man ienen una es uc u a homogénea.
- Los ensayos de comp esión mues an unas mejo es p opiedades mecánicas de los hid ogeles con AT,
eniendo un módulo de Young y esis encia a la de o mación mayo es, lo que los hace más iables pa a
aplicaciones que necesi an ma e iales elás icos y esis en es.
3. Es udio del compo amien o del hid ogel:
- Con los esul ados de hinchamien o y deg adación se obse a que los hid ogeles con AT ienen una
mayo capacidad de e ención de agua y mayo esis encia a la deg adación, indicando que e ue za su
es abilidad es uc u al p olongada.
- En las p uebas de UV-Visible no se ob u ie on los esul ados espe ados con el an ibió ico, pe o incluso
y así es os esul ados p opo cionan una base pa a u u as in es igaciones en es e campo
Como conclusión, en es e p oyec o se han log ado los obje i os ma cados inicialmen e y ha gene ado esul ados
que alidan el po encial de los hid ogeles de GelMA y GelMA + AT en el campo biomédico. Es os ma e iales
p opo cionan una combinación de biocompa ibilidad, pe sonalización y sos enibilidad, ab iendo nue as
opo unidades pa a el desa ollo de soluciones inno ado as en ingenie ía de ejidos y libe ación con olada de
á macos.

41
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