ساخت و مشخصه‌يابي هيدروژل نانوكامپوزيتي بر پايه ژلاتين متاكريلات-آلژينات جهت استفاده به‌عنوان جوهر چاپ‌پذير

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

مهندسي بافت و پزشكي بازساختي يك حوزه پژوهشي در حال رشد است كه هدف آن ساخت جايگزين‌هاي احياكننده براي بافت‌هاي آسيب‌ديده يا ازدست‌رفته است. ساخت داربست يك مرحله مهم در فرآيند مهندسي بافت است و مواد زيستي براي ساخت داربست‌ها، نقش اساسي ايفا مي‌كنند. چاپ زيستي سه‌بُعدي به دليل قابليت طراحي و ساخت سريع داربست‌ها و دقت و وضوح‌ زياد داربست‌هاي طراحي‌شده، به يك فناوري بي‌همتا در توليد داربست‌هاي زيستي تبديل‌شده است. آلژينات و ژلاتين متاكريلات (GelMA)، از متداول‌ترين مواد زيستي مورداستفاده در چاپ زيستي سه‌بُعدي هستند. آلژينات، داراي زيست سازگاري زياد، زيست خنثي بودن و قابليت ژل شدن سريع است ولي علي‌رغم مزاياي فوق، نرخ تخريب سريع و خواص مكانيكي و چسبندگي سلولي ضعيفي دارد. در پژوهش‌هاي اخير دريافته‌اند كه تنها ژلاتين متاكريلات با غلظت‌هاي كم مي‌تواند خاصيت زنده‌ماني سلولي را در چاپ زيستي حفظ كند. در اين پژوهش به‌منظور غلبه بر اين محدوديت‌ها و ساخت يك هيدروژل با خواص مناسب براي چاپ سه‌بعدي، هيدروژل ژلاتين متاكريلات-آلژينات با شبكه‌هاي در هم‌نفوذكرده (IPN) ساخته شد و خواص اين هيدروژل به كمك نانوذرات چارچوب‌هاي آلي كووالانسي(COFs) بهبود داده شد. چارچوب‌هاي آلي كووالانسي دسته منحصربه‌فردي از پليمرهاي بلوري متخلخل هستند كه صرفاً با عناصر سبك (مانند كربن، بور، اكسيژن، سيليكون، نيتروژن و ساير) با واحدهاي ساختاري آلي تشكيل‌شده‌اند. اين پليمرهاي آلي ويژگي‌هاي منحصربه‌فردي ازجمله حفره‌هاي هم‌اندازه و يكنواخت و تخلخل زياد را نشان مي‌دهند و امروزه نظر پژوهشگران را به خود جلب كرده‌اند. در اين پژوهش تأثير افزودن درصد‌هاي مختلفي (0، 5/0، 1، 3 و 5 درصد وزني) از نانوذرات COF بر خواص هيدروژل‌هاي ژلما-آلژينات بررسي شد. نتايج اين پژوهش نشان داد، افزودن نانوذرات COF، باعث افزايش استحكام فشاري هيدروژل‌هاي ژلما-آلژينات ، نسبت به هيدروژل‌هاي ژلما-آلژينات بدون نانوذرات COF، تا حدود 3 برابر شد و نرخ تخريب هيدروژل‌ها را طي 14 روز قرارگيري در آب مقطر نسبت به هيدوژل عاري از نانوذرات كاهش داد. همچنين هيدروژل حاصل خواص نازك برشي مناسبي نشان داد و زنده‌ماني سلول‌هاي فيبروبلاست بر روي هيدروژل‌هاي نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات حاوي 1 درصد وزني COF طي 3 روز بيش از 99% مشاهده شد. درنهايت هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات-COF 1% به‌منظور بررسي چاپ پذيري اين هيدروژل، توسط دستگاه چاپگر زيستي BioFabX4 چاپ شد و چاپ پذيري هيدروژل يادشده تائيد شد. اين نتايج نشان مي‌دهد كه هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات-COF، مي‌تواند كانديد مناسبي براي استفاده به‌عنوان جوهر زيستي در تكنولوژي چاپ زيستي سه‌بعدي جهت كاربرد در مهندسي بافت غضروف باشد.

212306

مهندسي پليمر (فرآورش)

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان

محمد رضا مولويان

طيبه بهزاد، مرتضي صادقي

سعيد نوري خراساني