عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت سیستم میکروسیال جهت امکان سنجی تولید الیاف پلیمری با کاربردهای زیستی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی- بیوتکنولوژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1693.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72504;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1693.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72504
- تاریخ دفاع
- ۲۰ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- پژمان قلیچ
- استاد راهنما
- زینب صالحی, محمد عبدالاحد
- چکیده
- در این پروژه، بر اساس آنچه در بدن عنکبوت جهت تولید الیاف صورت می پذیرد، سامانه میکرو سیال جهت تولید الیاف پلیمری ابتدا به کمک نرم افزار های کامپیوتری شبیه سازی COMSOL، و بر اساس نتایج بدست آمده از آن ها، طراحی و ساخته شد. برای تک تک مراحل این تحقیق طراحی آزمایش به کمک نرم افزار Design Expert 7.0.0 انجام گرفته است. از ایجاد قالب سیلیکونی برجسته، چسباندن قطعه پلیمری پلی دی متیل سیلوکسان به شیشه به کمک تابش پلاسما و اتصال مقیاس ماکرو به میکرو در مجموع دانش فنی آماده سازی و ساخت ریز تراشه های میکرو سیال بدست آمد. قالب طراحی شده بر خلاف سایر تحقیقات از سیلیکون به جای مقاوم نوری SU-8 تشکیل شده و طول عمر بیشتر و کیفیت باالاتر کانال های میکرو متری از مزایای آن است. نتایج حاصل از این سامانه نشان می دهد که با جریان 3.94 میلی لیتر بر ساعت محلول سدیم آلژینات(محلول نمونه) و جریان 7.95 میلی لیتر بر ساعت محلول کلسیم کلرید(محلول پیرامونی) قطر الیافی که توسط سامانه میکرو سیال تولید می شود حدود 16.8609 میکرو متر می باشد. اثر غلظت های محلول های نمونه و پیرامونی روی کیفیت اختلاط نفوذی، بررسی شد و مدلی آماری برای آن ارائه گردید. بر این اساس نسبت غلظت یون های کلسیم به غلظت نمونه آلژینات از فاکتور های موثر می باشد. غلظت نمونه آلژینات 0.1 درصد وزن به حجم و غلظت محلول پیرامونی کلسیم کلرید 0.05 مول بر لیتر در نظر گرفته شده است. اثر نرخ جریان های مختلف روی قطر میانگین الیاف خروجی از ریز تراشه بررسی شد و مدلی آماری و معتبر با دقت R_sq=96.32% برای آن نیز ارائه گردید. الیاف خروجی دارای یکنواختی قابل قبولی هستند و به دلیل ملاحظاتی که در شبیه سازی روی غلظت ها صورت گرفته به نسبت سایر تحقیقات در شرایط یکسان نرخ جریان، قطر کمتری دارند. دو کاربرد زیستی برای این الیاف در زمینه های دارو رسانی هوشمند و مهندسی بافت مورد بررسی دقیق تر قرار گرفت. داروی کورکمین که به دلیل غیر قطبی بودن انحلال پذیری بسیار پایینی در محیط های آبی دارد، به دو روش استفاده از کمپلکس دارو با ژلاتین مایع و استفاده از ماده فعال سطحی توئین 60 مورد بررسی قرار گرفت که از نو آوری های طرح به شمار می آید و نتایج نشان داد که انحلال پذیری افزایش قابل قبولی داشته است. اثر غلظت دارو و نمونه آلژینات روی درصد بازده بارگذاری کورکمین روی دانه های کروی کلسیم آلژینات و نرخ رهایش این دارو از این حامل های کروی در طول 48 ساعت بررسی شد. بیشترین بازده بارگذاری 89.38% گزارش شده است. از دیگر نو آوری های این پروژه نشاندن کورکمین روی الیاف کلسیم آلژینات به کمک سامانه میکرو سیال می باشد. رهایش دارو در طول زمان در محیط استون که حلال قوی برای کورکمین است جهت مقایسه الیاف بار گذاری شده و دانه های کروی، مورد مطالعه قرار گرفت. رهایش داروی کورکمین از این حامل های پلیمری به نسبت کند است که می تواند از نقطه نظر کنترل پذیری نرخ یک مزیت به حساب بیاید. در نهایت، کاربرد الیاف کلسیم آلژینات حاصل از این سامانه میکرو سیال به عنوان داربست سلولی برای سلول های سرطانی MCF-7، امکان سنجی شد و طبق عکس های فلورسنت گرفته شده از نمونه، این الیاف پتانسیل بالایی برای استفاده به عنوان داربست سلولی دارند که می توان در این زمینه مطالعات بیشتری صورت بگیرد.
- Abstract
- In this research, as a biomimic of spider body mechanism to produce fibers, the microfluidic set up generating micro fibers has been simulated by COMSOL and based on its results, microfluidic chip has been designed and produced. Design of experiment by Design Expert 7.0.0 has been done for any step of this project. The knowledge of microfabrication a microfluidic chip includes fabrication of silicon mold, attaching PDMS to glass by plasma radiation and using suitable connectors, has been achieved. Despite of recent microfluidic’s studies, the designed mold is not SU-8 photo resist on glass, but etched silicon wafer. So the quality of channels and mold is spectacular. According to the results, sample flow rate of 3.94 mili liter per hour and sheath flow rate of 7.95 mili liter per hour lead to a fiber diameter range of 16.8609 micro meter. Effect of solution concentrations and height of channels studied and the regression model gained. Results show that interactin of concentrations is a significant factor in the model. Concentration of sodium alginate and calcium chloride solutions has been considered 0.1% W/V and 0.05 M, respectively. The effect of flow rates on average diameter of produced fibers studied either and the regression model with R_sq=96.32% gained. The produced microfibers quality is acceptable and on account of simulation, the fibers average diameter is relatively fewer than other studies. Two application of these micro fibers in the field of drug delivery and tissue engineering investigated. Curcumine as a non-polar structure has low solubility in water solutions. Solving this challenge, use to methods of making soluable complexes of curcumine by Gelatin and Tween60. The effect of drug concentration and alginate concentration on yield of loadig and rate of release for 48 hours, investigated. Maximum yield of loading is 89.38% and the release rate of Curcumine loaded on calcium alginate beads and microfibers of calcium alginate has been campered. The release rate is relatively slow and it can make these carriers promising for future studies. Finally, application of calcium alginate microfibers produced by microfluidic’s chip as a cell scaffold for MCF-7 cell line has been studied and flurecent microscopy shows tendency of the cell to the micro structure matrix of micro polymerc fibers.
