La estrategia industrial actual en el campo de los materiales plásticos de uso masivo (commodities) se enfoca al desarrollo de nuevos productos en función de la necesidad. El mercado de mayor demanda de materiales plásticos es el de envases y es uno de los principales campos de aplicación dónde el "enfoque hacia la necesidad" es clave. Particularmente, el mercado de envases de alimentos es el más relevante en volumen y de mucha importancia económica porque cumple un rol fundamental en la conservación de la calidad de los mismos. En tal sentido, la tendencia actual en el desarrollo de los envases es la participación activa del mismo en el mantenimiento o incluso mejora de la calidad del producto envasado. Surgen así conceptos de “envase activo” y “envase inteligente”, dentro de estos, en Argentina el mercado más importante lo constituye el Silo Bolsa, para envasado hermético de granos. Este tipo de envases son flexibles, siendo los materiales plásticos en forma de película los que más se utilizan. Dentro de ellos, el uso de polietileno y polipropileno es mayoritario por su muy buena relación costo/performance/sustentabilidad. Sin embargo, estos materiales, carecen de actividad intrínseca (por ej: antimicrobiana) y a su vez, presentan características superficiales que limitan significativamente sus usos en aplicaciones que requieren propiedades específicas. Son químicamente inertes, no polares, de naturaleza hidrófoba y en general, de baja energía superficial, lo que hace que estos materiales presenten problemas de adhesión, pintado, impresión, coloración, que se resumen en una baja compatibilidad hacia sustratos polares. Para solucionarlo debe modificarse la superficie con una tecnología adecuada que pueda ser utilizada en un mercado masivo de materiales de bajo costo. En tal sentido, la tecnología deberá involucrar un proceso sencillo, de bajo costo que sea sustentable y efectivo. Particularmente, los procesos de modificación que pueden acoplarse inmediatamente post-polimerización y/o puedan incorporarse a sistemas continuos de producción como por ej: a la salida del extrusor o de la sopladora, resultan en una alternativa de especial interés El objetivo general de esta tesis es el desarrollo de películas con actividad superficial modificada a fin de incluir y/o incrementar propiedades específicas para su uso en envases para alimentos y granos; y sin detrimento de las propiedades iniciales de las mismas. Las propiedades de superficie a mejorar se enfocan en la pintabilidad, la actividad antimicrobiana y en la retención-liberación de aromas. Para llevar a cabo los objetivos propuestos, se seleccionaron dos vías principales de modificación: reacción superficial para injertar moléculas específicas y la inclusión de distintos recubrimientos, con partículas minerales y/o con natamicina (sustancia activa antifúngica). Se trabajó con películas de dos tipos de polietileno, lineal de baja densidad (LLDPE) y de baja densidad (LDPE) y con polipropileno (PP). La reacción superficial seleccionada fue la de injerto de moléculas aromáticas mediante alquilaciones catiónicas de tipo Friedel-Craft, utilizando tricloruro de aluminio como catalizador. Se injertó estireno, ácido salicílico y ácido benzoico. La reacción se llevó a cabo de dos formas distintas, introduciendo la película en una suspensión que contiene la sustancia a injertar y el catalizador, y por atomizado aplicando directamente los reactivos sobre la película ablandada. Las reacciones ocurrieron y fueron exitosas incrementando la pintabilidad de las películas reaccionadas en todos los casos. Las películas se hicieron más hidrofílicas y no perdieron sus propiedades mecánicas ni de barrera. Además los ácidos benzoico y salicílico actúan como muy buen soporte para antifúngicos agregados. La segunda vía de modificación utilizada, es por inclusión de nanopartículas atomizándolas directamente sobre la superficie. Se consiguen recubrimientos homogéneos, bien dispersos y distribuidos, con muy buena adhesión y que actúan como soporte de drogas activas tales como antifúngicos, aromas y colorantes. Además cambian la actividad superficial por el carácter intrínseco de las partículas y por la inclusión de micro rugosidad en la misma. La inclusión de natamicina, partícula activa y antifúngica, fue también exitosa tanto por el nivel de recubrimiento conseguido como por la conservación de la actividad de la droga. En todos los casos se mantuvieron las propiedades mecánicas y de barrera de las películas iniciales. Concluyendo, en este trabajo se proponen dos medodologías de modificación de películas poliolefínicas que permiten, según la droga y/o partícula que se use, ajustar y obtener las propiedades superficiales deseadas y sin detrimento de las propiedades mecánicas de base. Estas metodologías son sustentables, particularmente la de atomizado, y pueden ser extendidas a procesos continuos e industriales dado que son sencillas desde el punto de vista operativo, pues involucran modificaciones sobre la película soplada con tratamientos sencillos y de bajo costo. Los objetivos de esta tesis se han alcanzado y los resultados obtenidos demuestran que a partir de ella se originan un amplio abanico de posibilidades de trabajos futuros, algunos de los cuales ya están “en curso”. Es importante destacar que parte de los resultados obtenidos han dado origen al escalado industrial de la metodología y está siendo llevado a cabo en el marco de un proyecto de desarrollo tecnológico conjunto con una empresa multinacional. / Current industrial strategy in the field of commodities plastic materials centres on the development of new products according to “market requirements”. The biggest market for plastic materials is packaging, being the main application area where the focus-on-necessity approach is a key one. Particularly, food packaging is relevant in volume and economic importance fulfilling a main role in food quality conservation. Hence, current tendency in packaging development is centred on keeping and improving the quality of the packed product. Thus, concepts such as “active” and “intelligent” packaging emerge, and in Argentina, the most important market is silobag, the hermetic packaging of grains. This is a kind of flexible packaging being plastic films the most used; mostly polyethylene and polypropylene as they present better cost/performance/sustainability relationship. However, these materials lack intrinsic capacity; e.g., antimicrobial; and present superficial characteristics which limit significantly their use in applications requiring specific properties. They are chemically inert, non-polar, and hydrophobic in nature and in general, they present low superficial energy, thus presenting adhesion, painting, impression, coloration problems which sum up as low compatibility to polar substrates. A way of solving these problems is modifying their surface with appropriate technology that can be used in a low cost material massive market. Such technology should involve a simple, economical, sustainable and effective process. Thus, modification processes which can be added immediately post-polymerization and/or can be incorporated to continuous production systems, such as blow extrusion or cast film extrusion are a special interest alternative. This thesis aims at the development of modified superficial activity films with the objective of including and/or increasing specific properties for the use in food and grain packaging without detriment of their initial properties. Surface properties to be improved are paintability, antimicrobial activity and aroma retention-liberation. To that end, two main modification ways are selected: superficial reaction that allowed for specific molecule insertion and different coating inclusion with mineral particles and/or nantamicyn; i.e.an active antifungal. Two polyethylene (PE) type films were used; linear low density lineal (LLDPE) and low density (LDPE) ones, and polypropylene (PP). The chosen superficial reaction was grafting aromatic molecules through Friedel-Craft cationic using aluminium trichloride as catalyst. Styrene, salicylic acid and benzoic acid were grafted on polyethylene film surface. The reaction was performed in two different ways; namely, in solution, where the grafting substance and the catalyst were dissolved or suspended; and atomized, where the reactive and catalyst were sprayed on the softened surface. The reaction happened and was successful in both cases. As such, antimicrobial activity was included in the films, printability was obtained in all cases, films became more hydrophilic and no mechanical or barrier properties were lost. Moreover, salicylic acid acts as good support for added antifungals. The second modification way used is by nanoparticle inclusion on surface. Homogeneous, well dispersed and distributed coating is obtained, presenting good adhesion and acting as active drug support, such as antifungals, aromas and dye. Besides, superficial activity changes by particle intrinsic character and by the inclusion of micro roughness. Nantamicyn inclusion- active antifungal particle-, was also successful both by the coating level achieved and drug activity preservation. In all cases, initial film mechanical and barrier properties were maintained. Summing up, this work presents two polyolefin film modification methodologies which, depending on active drug or particle to add, allow adjusting and/or obtaining desired surface properties without detriment of base mechanical properties. These methodologies, particularly the atomized one, are sustainable and can be extended to continuous and industrial processes because they are include easy processability, low cost as they involve modifications on the blown surface with simple and economical treatments. The aims of this thesis have been met and the obtained results open a wide range of possibilities of future research works, some of which are already in process. It is important to highlight that part of the obtained results have spun at industrial level and they are being developed in the frame of a technology project together with a multinational company.

No description available.

El uso de silo bolsa en Argentina es continuo y creciente. En este sistema económico de envasado hermético, basado en películas de polietileno, se almacena la mitad de la producción granaria actual. Además, la exportación de esta tecnología, representa una importante fuente de divisas para Argentina. Su principal problema, es la rotura de la bolsa por la acción de alimañas, perdiéndose la hermeticidad dentro de la misma. El objetivo general de esta tesis es desarrollar un proceso de producción de películas con superficie modificada por inclusión de partículas de talco, basado en el sistema de soplado de películas de polietileno a fin de incorporar propiedades repelentes de alimañas y/o agentes biocidas. En tal sentido, se plantea una solución viable y sostenible al problema: incorporar repelentes a la superficie externa de la bolsa de forma que estos sean retenidos sin dificultar la manipulación para el trabajador rural. Para ello se propuso modificar la superficie inerte del polietileno, de modo tal de favorecer la retención y liberar controladamente un repelente que se adiciona sobre la superficie del silo bolsa en campo (sistema similar al de fumigación). Inicialmente, se estudió la fluidodinámica del sistema de enfriamiento del proceso de soplado, lo que permitió identificar los fenómenos que contribuyen a la adhesión de las partículas si las mismas se suspenden en esa corriente de aire de enfriamiento. Se analizaron todas las variables involucradas en el proceso de soplado básico, para diseñar el dispositivo que permita la modificación in-situ y en continuo, con velocidades de producción reales. Para el diseño se tuvieron en cuenta: el proceso de soplado en sí mismo, la modificación deseada, los aspectos económicos y la inocuidad del proceso propuesto tanto para el operador como para el ambiente. Se diseñó el sistema de modificación, se lo modeló fluidodinámicamente y se lo simuló usando ANSYS FLUENT. Se construyó el sistema propuesto a escala semi industrial que incluye una cámara de confinamiento de partículas y un sistema de dosificación y alimentación de las mismas a la corriente de aire enfriamiento. Se montó el sistema real, se lo puso en marcha y se verificaron los resultados del modelo y simulación. Se verificó que las películas sin modificar obtenidas con el sistema propuesto conservan las propiedades finales de las sopladas con el sistema convencional. El sistema desarrollado permite obtener películas modificadas con partículas en su superficie, sin usar adhesivos. En tal sentido, se soplaron películas con distintas dosificaciones de talco, en condiciones de operación normales y con dos temperaturas de extrusión. Las películas modificadas superficialmente conservan todas sus propiedades mecánicas. Se probó además que la presencia de las partículas de talco en la superficie de las películas favorece la absorción de agentes activos tanto de carácter hidrofílico como hidrofóbico. Se consiguió demostrar que los agentes activos pueden ser incorporados sobre la película modificada incrementando su retención, alcanzándose completamente el objetivo general propuesto. Concluyendo, se consiguió desarrollar un proceso sencillo, económico y sostenible de modificación superficial de películas que permite retener agentes activos con alta viabilidad tecnológica / The use of silo bag in Argentina grows continuously as it is an economic system of hermetic packaging that preserves grain quality for long time. Silo bag is a convenient storage system based on polyethylene films where half of the current grain production is stored. Nowadays, this technology is exported meaning an important source of currencies for Argentina. The main silo bag problem is the breakage of the bag by the action of different animals like rodents, losing the auto-modified atmosphere inside it. The aim of this thesis is to develop a production process for films with modified surfaces by the inclusion of talc particles based on the polyethylene blown film extrusion process. In this sense, a viable and sustainable solution is presented: to incorporate repellents to surface modified bag in a second step in order to increase their retention, to delay release and minimize difficulties for farm worker manipulation. Initially, the fluidodynamic of the blown process cooling system was studied, which allows identifying phenomena that contribute to particles adhesion if they are suspended in the cooling air stream. Every variable involved in the basic blown process was analyzed for the device design, which allows the in situ modification with actual production speed. The following factors were taken into account in device design: blown process itself, desired modification, economical aspects, and safety for operators and environment. The modified system was modeled and simulated employing ANSYS FLUENT. It was built at a semi-industrial scale, including a confinement chamber for particles; and a dosing and feeding device to incorporate talc into cooling air stream. The new system was installed, started up and the results from the modeling and simulation were verified. Also, it could be seen that films without modifications obtained with the proposed system present final properties similar to those blown with conventional system. The system presented in this thesis allows obtaining modified films with particles on their surface without the use of adhesives. Films were blown with different talc dosages using standard operation conditions and two extrusion temperatures. Surface modified films conserve all their mechanical properties and biaxiality. The presence of talc particles in films surface promotes the absorption of both hydrophilic and hydrophobic active agents. It was demonstrated that active agents can be incorporated over the modified film by atomizing in a second step, increasing its retention and successfully reaching the general objective proposed. In conclusion, the development of a simple, economical and sustainable process for polyethylene films surface modification with a high technological feasibility was achieved allowing the retention of active agents

El treball que es presenta en aquesta tesi pretén contribuir al camp de la ciència de superfícies biològiques, amb el desenvolupament de superfícies adaptades amb cadenes lateral reactives per tal de unir covalentment biomolècul·les d'interès a la superfície.La polimerització assistida per plasma del recobriments actius és un mètode atractiu per tal d'obtenir cadenes laterals reactives, mitjançant pel·lícules nanomètriques amb densitats de grups funcionals adaptats. Sota control de les condicions experimentals, l'estructura del dipòsit polimèric es pot control i les estructures químiques obtingudes poden variar des de xarxes polimèriques altament funcionalitzades amb baixa reticulació fins a xarxes altament reticulades amb baix contingut funcional. La recerca descrita en aquesta tesi tracta de la modificació de superfície de diversos substrats per polimerització de plasma. La part essencial del treball es dirigeix cap al funcionalització amb grups èster de pentafluorofenil a la superfície, durant la polimerització per grafting i polimerització de plasma pulsat de pentafluofenil metacrilat. Aquesta classe de grup làbil és de gran interès per a la seva fàcil reactivitat amb molècules amb mines terminals, com pèptids. Altres monòmers comercials també s'han emprat al començament de l'estudi, com a primera aproximació a les tècniques de plasma. La caracterització d'aquestes superfícies s'ha fet a través de tècniques analítiques com FTIR, XPS, AFM o ToF - SIMS entre d'altres.A més, s'ha dut a terme un estudi per fer a mida el polímer de PFM per a millorar la retenció de la seva estructura, i així com un estudi profund de la seva reactivitat davant de molècules amb amines terminals diferents d'interès, afegint SPR o l'aplicació de sensors microcantiliver a les tècniques de caracterització per aconseguir una millor comprensió de la química i cinètica de la reacció.Sobre el propòsit d'aconseguir superfícies funcionalitzades útils, s'ha realitzat un patterning de les superfícies amb l'ús de màscares per a capa selectiva de les mostres per controlar les àrees modificades. Això s'ha fet per a l'aplicació d'aquesta pel·lícula a dispositius reals, així com a prova de la seva biocompatibilitat per cultiu cel·lular i per assaigs in vivo. / El trabajo que se presenta en esta tesis pretende contribuir al campo de la ciencia de superficies biológicas, con el desarrollo de superficies adaptadas con cadenas lateral reactivas con el fin de unir covalentemente biomoléculas de interés a la superficie.La polimerización asistida por plasma de recubrimientos activos es un método atractivo con el fin de obtener cadenas laterales reactivas, mediante películas nanométricas con densidades de grupos funcionales adaptados. Bajo control de las condiciones experimentales, la estructura del depósito polimérico se puede control y las estructuras químicas obtenidas pueden variar desde redes poliméricas altamente funcionalitzadas con baja reticulación hasta redes altamente reticuladas con bajo contenido funcional.La investigación descrita en esta tesis trata de la modificación de superficie de diversos sustratos por polimerización de plasma. La parte esencial del trabajo se dirige hacia el funcionalización con grupos éster de pentafluorofenilo en la superficie, durante la polimerización por grafting y polimerización de plasma pulsado de pentafluofenilmetacrilato. Esta clase de grupo lábil es de gran interés para su fácil reactividad con moléculas con minas terminales, como péptidos. Otros monómeros comerciales también se han servido al principio del estudio, como primera aproximación a las técnicas de plasma. La caracterización de estas superficies se ha hecho a través de técnicas analíticas como FTIR, XPS, AFM o ToF - SIMS entre otros. Además, se ha llevado a cabo un estudio para hacer a medida el polímero de PFM para mejorar la retención de su estructura, y así como un estudio profundo de su reactividad delante de moléculas con aminas terminales diferentes de interés, añadiendo SPR o la aplicación de sensores microcantiliver a las técnicas de caracterización para conseguir una mejor comprensión de la química y cinética de la reacción.Sobre el propósito de conseguir superficies funcionalizadas útiles, se ha realizado un patterning de las superficies con el uso de máscaras para capa selectiva de las muestras para controlar las áreas modificadas. Eso se ha hecho para la aplicación de esta película en dispositivos reales, así como a prueba de su biocompatibillidad por cultivo celular y para ensayos in vivo. / The work presented in this thesis has the main aim to contribute in the field of biological surface science, by developing tailored surfaces with reactive side chains in order to attach desired biomolecules to the surface by a covalent link. Plasma polymerization of surface active coatings is an attractive method to obtain reactive side chains, by making nanometer thick films of tailored functional group densities. By controlling the experimental conditions, the structure of the polymer deposit can be largely controlled and the chemical structures obtained can range from highly functional polymer networks of low cross link density to polymer networks of low functional group but high cross link densities. The research described in this thesis deals with the surface modification of various substrates by plasma polymerization. The major part of the work is directed towards the funtionalization with pentafluorophenyl ester groups on the surface, through the grafting polymerization and pulsed plasma polymerization of pentafluophenyl methacrylate. This kind of labile group is of high interest for its easy reactivity to amino terminated molecules, such as peptides. Other commercial monomers were also used at the beginning of the study, as a first approach to the plasma techniques. The characterization of these surfaces is done through several analytical techniques as FTIR, XPS, AFM or ToF-SIMS among others. Furthermore, a study for tailoring the PFM polymer for better structure retention and deep study of its reactivity in front of different amino terminated molecules of interest was performed, adding SPR or the implementation of microcantilever sensors to the characterization techniques to achieve a better understanding of the chemistry and kinetic of the reaction, in order to achieve the best peptide binding for reliable well characterized bioactive interface..On the aim of achieving useful functionalized surfaces, a patterning of the surfaces with the use of masks for selective coating of the samples has been performed to control the modified areas. This has been done for application of this film to real devices, as well as to test of its biocompatibility by cell culture and in vivo assays.

En aquest treball es descriu el disseny, síntesi i caracterització de diferents biomaterials i la seva possible aplicació en biomedicina. S'ha fet especial èmfasi a ressaltar la importància que tenen l'estructura, la composició i l'activitat superficial en les propietats finals del biomaterial. Així, s'ha desenvolupat un biomaterial biodegradable i elastomèric, altament porós, amb una gran interconnectivitat que permet la difusió de nutrients i de cèl•lules, un cop sigui implantat. La viabilitat d'aquest material s'ha demostrat tant en assaigs in vitro com in vivo. La síntesi del mateix s'ha realitzat mitjançant calefacció assistida per microones, cosa que ha permès una reacció més ràpida sense necessitat de catalitzadors i evitant les etapes posteriors de purificació. S'ha desenvolupat també un material biodegradable i injectable a temperatures de 45°C, que, en refredar fins als 37°C, s'endureix i pot emprar com a suport estructural al mateix temps que actua com a alliberador de fàrmacs. L'aplicació d'aquest material com ciment ossi millora els problemes de biocompatibilitat, tant de composició, com mecànica, dels actuals productes en el mercat, obrint una nova via d'aplicació d'aquest tipus de materials. D'altra banda, el compost desenvolupat s'ha assajat en aplicacions bioadhesives, on ha demostrat uns excel•lents resultats en la unió de teixit intestinal. Finalment, s'ha aconseguit desenvolupar una superfície amb capacitat de reprogramar cèl•lules amb el simple contacte entre la cèl•lula i la superfície. Amb aquesta tecnologia, anomenada cell reprograming surface (CRS), s'han obtingut cèl•lules pluripotents induïdes (iPS) d'una forma molt més eficient i ràpida que els mètodes habituals de treball. / En este trabajo se describe el diseño, síntesis y caracterización de diferentes biomateriales y su posible aplicación en biomedicina. Se ha hecho especial énfasis en resaltar la importancia que tienen la estructura, la composición y la actividad superficial en las propiedades finales del biomaterial. Así, se ha desarrollado un biomaterial biodegradable y elastomérico, altamente poroso, con una gran interconectividad que permite la difusión de nutrientes y de células, una vez sea implantado. La viabilidad de este material se ha demostrado tanto en ensayos in vitro como in vivo. La síntesis del mismo se ha realizado mediante calefacción asistida por microondas, lo que ha permitido una reacción más rápida sin necesidad de catalizadores y evitando las etapas posteriores de purificación. Se ha desarrollado también un material biodegradable e inyectable a temperaturas de 45°C, que, al enfriarse hasta los 37°C, se endurece y puede emplearse como soporte estructural a la vez que actúa como liberador de fármacos. La aplicación de dicho material como cemento óseo mejora los problemas de biocompatibilidad, tanto de composición como mecánica, de los actuales productos en el mercado, abriendo una nueva vía de aplicación de este tipo de materiales. Por otro lado, el compuesto desarrollado se ha ensayado en aplicaciones bioadhesivas, donde ha demostrado unos excelentes resultados en la unión de tejido intestinal. Por último, se ha conseguido desarrollar una superficie con capacidad de reprogramar células con el simple contacto entre la célula y la superficie. Con esta tecnología, denominada cell reprograming surface (CRS), se han obtenido células pluripotentes inducidas (iPS) de una forma mucho más eficiente y rápida que los métodos habituales de trabajo. / This paper describes the design, synthesis and characterization of different biomaterials and their possible applications in biomedicine, highlighting the importance of the structure, composition and surface activity in the final properties of the biomaterial. Thus, a biodegradable and elastomeric biomaterial, highly porous, with a strong interconnectivity that allows diffusion of nutrients and cells, once it is implanted has been developed. The feasibility of this material has been demonstrated both in vitro and in vivo assays. The synthesis has been performed using microwave-assisted heating, which has allowed a faster reaction without catalysts and avoiding the later stages of purification. It has also been developed a biodegradable and injectable material, at temperatures of 45°C, which, when cooled to 37°C, it hardens and can be used as structural support while acting as drug delivery. The application of such material as bone cement avoid biocompatibility problems, both in composition and mechanicas, of the current products on the market, opening a new way of application of such material. On the other hand, the compound has been tested in bioadhesive applications, where it has shown excellent results in the union of intestinal tissue. Finally, a surface with ability to reprogram cells with simple contact between the cell and the surface has been developed. With this technology, called cell reprograming surface (CRS), induced pluripotent cells (iPS) have been obtained in a much more efficient and faster way than the usual methods.

La biomimètica o biomimetisme són termes que simbolitzen el concepte “aprendre de la naturalesa”, és a dir, aprendre dels seus sistemes, processos i models, a fi d’utilitzar la natura com a font d’inspiració per solucionar problemes de l’home. El biomimetisme és actualment un concepte recurrent en l’àrea d’enginyeria de teixits i d’ell en sorgeixen idees per obtenir plataformes més elegants i sofisticades que puguin imitar millor les interacciones entre les cèl•lules i el seu ambient. Aquesta tesi pretén desenvolupar models, en dues i en tres dimensions, mitjançant la recreació d’un o més factors característics de l’ambient natural de la cèl•lula i que juguen un paper important en el comportament cel•lular. Se sap que tant les propietats químiques com les mecàniques de la matriu extracel•lular influeixen sobre les funcions cel•lulars. És per això que es va dissenyar un nou film polimèric que pogués combinar un hidrogel, amb propietats mecàniques variables, amb un monòmer reactiu capaç d’immobilitzar biomolècules. Degut a la complexitat del polímer dissenyat, va ser necessari recórrer a una tècnica de polimerització superficial molt versàtil com és la deposició química iniciada en fase vapor (més coneguda pel seu acrònim en anglès iCVD). Els polímers varen ser àmpliament caracteritzats i es va corroborar que podien ser modificats amb petites biomolècules com ara pèptids senyalitzadors. Les superfícies resultants són bioactives i permeten l’adhesió de cèl•lules endotelials. Unes altres superfícies biomimètiques, rellevants en l’àmbit de l’enginyeria de teixits d’os, es varen obtenir a partir d’una hidroxiapatita sintetitzada pel mètode de sol-gel submergint-la en diferents medis fisiològics. La dissolució i posterior reprecipitació dels ions proporcionen una capa d’apatita amb una composició similar a la que es troba in vivo. Els experiments evidencien la importància de partir d’un material relativament soluble. És per això que la hidroxiapatita pura no és capaç d’induir la precipitació d’aquesta apatita biomimètica in vitro. Diversos investigadors han relacionat la capacitat de formar apatita amb la bioactivitat del material, entenent bioactivitat com l’habilitat d’aquests materials de promoure la unió amb l’os. Per a l’enginyeria de teixits, però, és necessari un ambient tridimensional per tal de generar un teixit artificial. S’ha desenvolupat un nou model basat en l’ús d’un gel molt tou per tal d’obtenir un teixit dur com el de l’os. Malgrat que aquests dos conceptes poden semblar contradictoris, les cèl•lules adquireixen l’habilitat d’allargar-se ràpidament i crear una densa xarxa cel•lular dins d’aquest ambient poc restrictiu des d’un punt de vista mecànic. La consegüent contracció del sistema acaba formant un constructe més petit i resistent. Aquest és un sistema biomimètic ja que promou una gran interacció cel•lular i també la condensació de les cèl•lules, esdeveniments que tenen lloc també durant el desenvolupament de l’os i el cartílag. El model es va caracteritzar extensament amb cèl•lules ostoprogenitores MC3T3-E1 que es diferenciaren amb inducció química. A més a més, es va demostrar que l’ambient tridimensional podia promoure l’expressió espontània de marcadors osteogènics. Degut a les interessants propietats del sistema, el mateix model es va utilitzar per induir la diferenciació condrogènica de fibroblastos dermals humans. Aquests tipus cel•lular no ha estat gaire explorat en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, malgrat que ofereix un gran potencial en teràpia regenerativa. Aquest treball proporciona proves de la capacitat condrogènica d’aquestes cèl•lules en el sistema tridimensional prèviament desenvolupat. / La biomimètica o biomimetismo son términos que simbolizan el concepto “aprender de la naturaleza”, es decir, aprender de sus sistemas, procesos y modelos, y utilizarlos como fuente de inspiración para solucionar problemas del hombre. El biomimetismo es actualmente un concepto recurrente en el área de ingeniería de tejidos y de este surgen ideas para obtener plataformas más elegantes y sofisticadas que puedan mimetizar mejor las interacciones entre las células y su ambiente. La presente tesis se centra en desarrollar modelos, tanto en dos como en tres dimensiones, mediante la recreación de uno o más factores que caracterizan el ambiente natural de la célula y que tienen su rol importante en el comportamiento celular. Se conoce que tanto las propiedades químicas como mecánicas de la matriz extracelular influyen en las funciones celulares. Debido a esto, se diseñó un nuevo film polimérico que pudiera combinar un hidrogel, con propiedades mecánicas variables, con un monómero reactivo, capaz de inmovilizar biomoléculas. Debido a la complejidad del polímero diseñado, fue necesario recurrir a una técnica de polimerización superficial muy versátil como es la deposición química iniciada en fase vapor (más conocida por su acrónimo en inglés iCVD). Los polímeros fueron ampliamente caracterizados y se corroboró que podían ser modificados con pequeñas biomoléculas como péptidos señalizadores. Las superficies resultantes son bioactivas y permiten la adhesión de células endoteliales. Se obtuvieron otro tipo de superficies biomiméticas relevantes en el ámbito de la ingeniería de tejidos de hueso, a partir de una hidroxiapatita sintetizada por el método sol-gel sumergiéndolas en diferentes medios fisiológicos. La disolución y posterior reprecipitación de los iones proporcionan una capa de apatita con una composición similar a la que se encuentra in vivo. Los experimentos evidencian la importancia de partir de un material relativamente soluble. Precisamente debido a esto la hidroxiapatita pura no es capaz de inducir la precipitación de esta apatita biomimética in vitro. Varios investigadores han relacionado la capacidad de formar apatita con la bioactividad del material, entendiendo bioactividad como la habilidad de estos materiales de promover la unión con el hueso. De todos modos, en ingeniería de tejidos, es necesario un ambiente tridimensional para generar un tejido artificial. Se ha desarrollado un nuevo modelo basado en el uso de un gel blando para obtener tejido duro como el del hueso. Aunque estos conceptos pueden parecer contradictorios, las células adquieren la habilidad de estirarse rápidamente y de formar una densa red celular dentro de este gel tan poco restrictivo desde un punto de vista mecánico. La consiguiente contracción del sistema acaba formando un constructo mucho más pequeño y resistente. Este es un sistema biomimético ya que promueve una gran interacción celular y también la condensación de las células, eventos que también ocurren durante el desarrollo de hueso y cartílago. El modelo se caracterizó extensamente con células osteoprogenitoras MC3T3-E1 que se diferenciaron bajo inducción química. Además, se demostró que el microambiente tridimensional podía promover la expresión espontánea de marcadores osteogénicos. Debido a las interesantes propiedades del sistema, el mismo modelo se usó para inducir la diferenciación condrogénica de fibroblastos dermales humanos. Este tipo celular no ha sido demasiado explorado en ingeniería de tejidos, a pesar de que puede tener un gran potencial en terapia regenerativa. Este trabajo proporciona pruebas de la capacidad condrogénica de estas células en el sistema tridimensional previamente desarrollado. / Biomimetics or biomimicry are terms that imply “learning from nature”, from its systems, processes and models, in order to use nature as inspiration to solve human problems. In tissue engineering, biomimetics is nowadays a recurrent term and a source of ideas to obtain more elegant and sophisticated platforms that could better mimic the interactions between cells and their environment. This thesis is focused on developing models both in two- and three-dimensions by recreation of one or more factors of the cell natural environment that are known to play an important role in cell behavior. Since both the chemical and mechanical properties of the extracellular matrix are known to effectively influence cell function, an innovative polymeric thin film was designed combining a hydrogel with tunable mechanical properties and a reactive molecule, capable to immobilize biomolecules. Due to the complexity of the polymers, a versatile technique such as initiated chemical vapor deposition (iCVD) was required for the synthesis. Extensive characterization revealed that nanostructured hydrogels were obtained and that small biomolecules, such as signaling peptides, could be attached on the surface. The final surfaces are bioactive and support endothelial cell attachment. Relevant biomimetic surfaces for bone tissue engineering could also be obtained from a sol-gel synthesized hydroxyapatite after immersion in different physiological media. The dissolution and posterior reprecipitation of the ions rendered a final apatite layer with a composition similar to that found in vivo. The experiments evidenced the importance of starting from a rather soluble material and, thus, pure hydroxyapatite was not able to promote apatite precipitation in vitro. This capacity has been related to the material bioactivity by many researchers in terms of its ability to bond to bone in tissue engineering applications. However, for tissue engineering a three-dimensional environment is required to build tissue-like constructs. A new model was developed based on the use of a very soft gel to obtain hard tissue. Although the concepts might seem to work in opposite directions, cells gain the ability to rapidly elongate and form a dense cellular network within this unrestrictive environment. Subsequent contraction of the whole system rendered a smaller and stronger final tissue-like construct. This system was considered biomimetic as it promotes high cell-cell interaction and cellular condensation, which are events that occur in bone and cartilage development. This system was extensively characterized with osteoprogenitor MC3T3-E1 cells that could undergo full osteogenic differentiation under chemical induction. More interestingly, the three-dimensional microenvironment was also able to promote by itself spontaneous expression of bone-related markers. Due to the interesting properties of this system, the same model was used to induce chondrogenic differentiation of human dermal fibroblasts. This cell type has been poorly explored for tissue engineering applications, but it might have great potential in future therapeutic platforms. This work provides proof of concept of chondrogenic potential of these cells in this three-dimensional system.