عنوان پایان‌نامه
ساخت و ارزیابی خواص مکانیکی داربست نانو الیاف کامپوزیتی با استفاده از پلیمر های زیست تخریب پذیر برای کاربردهای مهندسی بافت
- رشته تحصیلی
- مهندسی پلیمر - صنایع پلیمر
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1491.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64863
- تاریخ دفاع
- ۱۲ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- ایمان یوسفی
- استاد راهنما
- قدرت الله هاشمی مطلق
- چکیده
- امروزه استفاده از مخلوط¬ پلیمر¬های طبیعی، سنتزی و نانوذرات در تولید داربست¬های زیستی به¬دلیل قابلیت دست¬یابی به خواص مطلوب، بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش، داربست¬های نانوالیاف کامپوزیتی کیتوسان/ پلی اتیلن اکساید/ نانولوله کربنی کربوکسیل¬دار شده از محلول مخلوط پلیمرها با نسبت 1:9 به روش الکتروریسی تهیه شد. در ابتدا به بررسی شرایط عملیاتی جهت بهینه نمودن (مینیمم) قطر نانوالیاف پرداخته شد. از میان پارامترهای عملیاتی، ولتاژ (در محدوده 5/1-5/2 کیلوولت/سانتی متر)، دبی خروجی (در محدوده 8/0-2/0 میلی لیتر بر ساعت)، و درصد وزنی نانولوله کربنی کربوکسیل دارشده (c-MWCNTs) (75/0-25/0) به عنوان پارامترهای فرایند الکتروریسی انتخاب شدند. به منظور بررسی میزان تأثیرگذاری هر پارامتر بر روی قطر نانوالیاف، از روش پاسخ سطح و طراحی آماری باکس بنکن و آنالیز واریانس استفاده شد و اثر هر یک از متغیرها در سه سطح مورد بررسی قرار گرفته است. مورفولوژی و قطر نانوالیاف های الکتروریسی شده با کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی (FESEM) تعیین گردید و اندازه قطر متوسط نانوالیاف کامپوزیتی با استفاده از نرم افزار Image J معین گردید. بررسی¬های میکروسکوپ الکترونی نشان¬دهنده دست¬یابی به نانوالیاف با توزیع قطرباریک و مورفولوژی بسیار یکنواخت و بدون دانه است. شرایط بهینه برای تهیه نانوالیاف ولتاژ 085/2 کیلوولت بر سانتی متر، دبی خروجی 2/0 میلی لیتر بر ساعت و درصد وزنی c-MWCNTs برابر با 4722/0 می¬باشد. قطر متوسط نانوالیاف تهیه شده در شرایط بهینه، برابر 18/59 نانومتر به دست می آمد. پس از مینیمم کردن قطر متوسط نانوالیاف، آزمایشات مرتبط با داربست مهندسی بافت از جمله پایداری، تست مکانیکی، تست کشت سلولی و آنتی باکتریال داربست نانوالیاف کامپوزیتی Cs/PEO/c-MWCNTs انجام شد. شناسایی و تعیین ساختار شیمیایی داربست های نانولیفی با روش طیف نگاری مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) انجام گردید. آزمون¬های استحکام کششی، پایداری و طیف سنجی داربست¬های نانولیفی نشان می¬دهد، اضافه شدن نانولوله کربنی کربوکسیل¬دارشده، سبب بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی نانوالیاف می¬شود. همچنین، افزودن نانولوله¬های کربوکسیل¬دارشده به ماتریس پلیمری برپایه کیتوسان سبب حفظ تمامیت فیزیکی داربست حاصل در محیط آبی شده است. نتایج آزمون¬ MTT نشان¬دهنده سازگاری بسیار عالی سلول¬ها بر روی داربست¬های نانولیفی حاصل بوده است. تصاویر SEM و فلورسانس گویای این مطلب است که سلول ها، شکل و مورفولوژی خود را بر روی هر دو داربست نانولیفی حفظ کرده و کاملا طبیعی و چسبنده به نظر می رسند. همچنین قابلیت بالای رشد و چسبندگی سلول¬های فیبروبلاست روی داربست CS/PEO/ c-MWCNTs بوضوح مشاهده شده است. نتایج نشان می¬دهد که نانوالیاف الکتروریسی شده CS/PEO/c-MWCNTsپتانسیل زیادی برای استفاده بعنوان داربست مهندسی بافت دارند و از نرخ عفونت در محل جراحی می کاهند.
- Abstract
- Today, the mixture natural, synthetic polymer and nanoparticles have been used to produce biological scaffold due to their outstanding properties and this area of biomedical is of the special interests. In this study, Chitosan (CS)/ Poly(ethylene oxide) (PEO)/ carboxylated Multi Walled Carbon Nanotubes (c-MWCNTs) composite scaffold with CS/PEO constant ratio of 9:1 was prepared by electrospinning method. Effects of material and process parameters on the diameter of electrospun nano fibers were experimentally investigated. Response surface methodology based on Box-Behnken was utilized to design the experiments at the settings of electric field (1.5-2.5 Kv/cm), solution flow rate (0.2-0.8 mL/hr) and carboxylated Multi Walled Carbon Nanotubes content (0.25-0.75%). The morphology and microstructure of the electrospun Nano fibers were characterized using field emission scanning electron microscopy (FESEM). In order to achieve smooth and fine Nano fibrous mat diameters without beads, the optimum conditions were obtained at the electric field of 2.085kV/cm, flow rate of 0.2mL/hr, c-MWCNTs content of 0.47%wt. The experimental average diameter of nanofiber (59.2 nm) was 2.8% greater than the predicted value (57.5 nm) under identical electrospinning settings. The morphology, structure, mechanical properties and antibacterial activity of the formed electrospun fibrous mats were characterized by using scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy and mechanical testing, Antimicrobial Testing respectively. The cellular bioactivity of the scaffolds was assessed by using mouse fibroblasts cells (L929). The attachment, proliferation and differentiation of the L929 on the composite scaffolds were analyzed by scanning electron microscopy (SEM), fluorescence microscopy images, methylthiazol tetrazolium (MTT) assay respectively. The characterization of Nano fibrous structure by FESEM imaging showed that the incorporation of c-MWCNTs did not appreciably affect the morphology of the CS/PEO/c-MWCNT Nano fibers. Results showed that mechanical properties and stability of the composite scaffolds were improved with the addition of c-MWNTs. The cytotoxicity results showed that the incorporation of c-MWCNTs into the chitosan/poly(ethylene oxide) nano fibers possessed good in vitro biocompatibility. It can be concluded that the prepared electrospun CS/PEO/c-MWCNTs nano fibers is the promising candidate for tissue engineering scaffold application.
