Screening on the functionalization of carbon nanostructures and their compatibilization in polymer-based composite materials

Le nanostrutture di carbonio (CNS) e i polimeri biocompatibili sono materiali molto promettenti in un grande numero di applicazioni tecnologicamente avanzate, che vanno dalla biomedicina e bioelettronica, allo smart packaging e alla robotica soft. In questa tesi presentiamo la funzionalizzazione organica tramite addizione della p-metossianilina di 3 diverse CNS: i nanotubi di carbonio a parete multipla, i nanoconi di carbonio e il grafene ossido risotto. Questi materiali sono impiegati come additivi per la preparazione di materiali compositi nanostrutturati a base di acido polilattico (PLLA). In questa tesi è riportata una completa caratterizzazione in termini di proprietà termiche, elettriche e meccaniche. Sono evidenti differenze significative tra le tre nanostrutture e sul loro effetto sulle proprietà dei compositi; ciò sottolinea il ruolo chiave giocato dalla morfologia e forma a livello nanometrico nell’interazione nanostruttura-polimero e quindi nella determinazione delle caratteristiche finali del composito. La superfice dei materiali è stata caratterizzata tramite AFM e CAFM sia nella forma di film piatti sia nella forma di nanofibre ottenute tramite eletrospinning. Sono state quindi testate le proprietà di biocompatibilità e induzione/controllo della differenziazione sia su cellule umane neuronali (SH-SY5Y), sia su cellule staminali umane (hCMCs). I materiali a base di nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) ottenuti sono stati utilizzati per la preparazione di prototipi di nerve guide conduits (NGC) per operazioni in-vivo su topi, ottenendo risultati molto promettenti. Presentiamo anche la funzionalizzazione dei MWCNT con 2 gruppi organici “funzionali” (l’acido p-benzoico e lo stirene) sui quali è stata effettuata una derivatizzazione aggiuntiva sfruttando rispettivamente una reazione di ammidazione e una reazione di polimerizzazione “grafting from”. Infine abbiamo analizzato lo schema di reazione della funzionalizzazione di Tour delle CNS a abbiamo ipotizzato che la reale via sintetica sia costituita da due differenti vie in equilibrio tra di loro.