Caracterización de biomateriales basados en miel de Ulmo e implementación de sistema de control de humedad

Abstract

En la ingeniería de tejidos, se busca diseñar biomateriales funcionales y compatibles con sistemas biológicos. La técnica de electrohilado con colectores estáticos permite fabricar membranas nanoestructuradas capaces de favorecer la regeneración celular. Combinando esta técnica con materiales derivados de la naturaleza, se pueden otorgar propiedades nuevas a estas membranas y crear alternativas para el recubrimiento de heridas. La miel de Ulmo es un producto conocido por sus propiedades regenerativas, antiinflamatorias y antimicrobianas, lo que le otorga un gran potencial para la creación de parches regenerativos. Además, es un recurso endémico de Chile y de bajo costo en comparación con otras alternativas del mercado. En este trabajo se propone el uso de miel de Ulmo mezclada con alcohol polivinílico (PVA) para crear una membrana nanoestructurada. Se utilizó una solución de PVA al 10 % con miel de Ulmo al 10 % de concentración. Tanto la membrana como las nanofibras individuales fueron caracterizadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía infrarroja (FTIR) y microscopía de fuerza atómica (AFM). Asimismo, se evaluó el efecto de estas membranas sobre la morfología celular, empleando la línea celular C2C12, correspondiente a mioblastos de ratón. Finalmente, se implementó un sistema de control de humedad para AFM basado en Arduino y LabVIEW, que, junto con un flujo de nitrógeno, permite establecer una humedad relativa específica en una cámara de control ambiental dentro del microscopio de fuerza atómica. Una vez implementado el sistema, se obtuvieron imágenes de la topografía de las fibras con 4 % y 70 % de humedad relativa. Los resultados muestran que la miel se incorpora satisfactoriamente a la mezcla. Al integrarla en las fibras, estas aumentan su diámetro en aproximadamente 200 nm, y su módulo de Young disminuye en más de un orden de magnitud en comparación con fibras sin miel, según los resultados de espectroscopía de fuerzas. Las pruebas de cultivo celular revelaron que las imágenes obtenidas son similares al control, indicando que el medio es favorable. Por otra parte, las mediciones a 70 % de humedad relativa evidenciaron un aumento casi al doble del tamaño de las fibras, mostrando un hinchamiento heterogéneo. Estos hallazgos confirman la capacidad de la miel de Ulmo para modificar las propiedades mecánicas y la morfología de las fibras, posicionándola como un material prometedor en la medicina regenerativa.In tissue engineering, the goal is to design functional biomaterials that are compatible with biological systems. Electrospinning with static collectors enables the fabrication of nanostructured membranes capable of promoting cellular regeneration. By combining this technique with natural materials, new properties can be imparted to these membranes, creating alternatives for wound dressing. Ulmo honey is a product known for its regenerative, anti-inflammatory, and antimicrobial properties, making it a potential candidate for creating regenerative patches. Additionally, it is an endemic product from Chile and a cost-effective alternative compared to other options in the market. This study proposes the use of Ulmo honey mixed with polyvinyl alcohol (PVA) to create a nanostructured membrane. A 10% PVA solution with 10% Ulmo honey concentration was used. Both the membrane and individual nanofibers were characterized using scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (FTIR), and atomic force microscopy (AFM). The effect of these membranes on cell morphology was also studied using the C2C12 cell line, corresponding to mouse myoblasts. Finally, a humidity control system based on Arduino and LabVIEW was implemented for AFM, which, together with a nitrogen flow, allowed the establishment of specific relative humidity levels within an environmental control chamber inside the atomic force microscope. Once the system was implemented, topographic images of the fibers were taken at 4% and 70% relative humidity. Results show that honey is successfully incorporated into the mixture. Furthermore, incorporating honey into the fibers increased their diameter by approximately 200 nm, while their Young’s modulus decreased by more than an order of magnitude compared to fibers without honey when performing force spectroscopy. From cell culture experiments, the obtained images resembled the control, indicating that the medium is favorable. Based on the relative humidity measurements, the fiber size nearly doubled when exposed to 70% relative humidity, showing heterogeneous swelling. These findings highlight the capacity of Ulmo honey to modify the mechanical properties and morphology of fibers, positioning it as a promising material in regenerative medicine.