ساخت، مشخصه يابي و تحليل مكانيكي داربست هاي نانو بيوكامپوزيتيِ الكتروريسي شده متشكل از پلي(هيدروكسيبوتيرات)/ليگنين/نانوالياف سلولز جهت كاربرد در مهندسي بافت استخوان

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

دكتري

داربست هاي نانوليفي الكتروريسي شده قابليت تشكيل ساختارهايي مشابه با ساختار ماتريس خارج سلولي را فراهم مي كنند. انتخاب مواد و مطالعه عميق خواص مكانيكي اين ساختارها، جهت دستيابي به بينش بهتر در مقياس هاي بزرگتر از اهميت بسيار بالايي در حوزه مهندسي بافت برخوردار است. از جمله چالش هاي مهم در حوزه مهندسي بافت، عدم چسبندگي مناسب سلول به بستر نانوليفي، آبگريزي و همچنين استحكام پايين بستر پليمري است. در اين راستا تلاش هاي متعددي توسط پژوهشگران صورت گرفته است تا با غلبه بر چالش هاي مطرح شده، به ساختاري مناسب و متناسب با بافت هدف دست يابند. در اين پژوهش، ابتدا حلاليت پلي(هيدروكسي بوتيرات) در حلال‌هاي مختلف جهت كاهش حدس و خطا و دستيابي به حلالي مناسب به طور تئوري مورد مطالعه قرار گرفت. سپس به منظور غلبه بر برخي از محدوديت هاي پلي(هيدروكسي بوتيرات)، داربست هاي الكتروريسي شده ي اين پليمر، حاوي مقادير مختلفي از ليگنين (3، 6 و 9 درصد وزني) و نانوالياف سلولز (1، 3 و 5 درصد وزني) در تري فلوئورو استيك اسيد تهيه شدند. با توجه به نقش ساختار داربست بر خواص نهايي، از الگوريتم تاگوچي و مشاهدات ميكروسكوپي نيز جهت بهينه سازي شرايط الكتروريسي بر اساس مورفولوژي نهايي نانوالياف استفاده شد. در فاز اول، مدول اين نمونه‌ها با اعمال نانو سختي سنجي بر روي يك نانوالياف، از دو ديدگاه مختلف مورد مطالعه قرار گرفت. در ديدگاه اول، ساختار هندسي داربست هاي الكتروريسي شده مشابه با يك فوم سلول باز در نظر گرفته شد. در ديدگاه دوم، داربست ها به عنوان يك مجموعه از نانوكامپوزيت هاي تقويت شده با الياف كوتاه در نظر گرفته شدند. نتايج تجربي مؤيد اين امر بود كه خروجي‌هاي مدل تتراكايدكاهدرون، پيش‌بيني‌هاي قابل قبولي را در بين مدل هاي فوم با دقت تقريبي 78/99 تا 96/15 درصد ارائه كرده است. علاوه بر اين، مدل هالپين تساي نيز پيش‌بيني‌هاي قابل قبولي را در بين مدل‌هاي نانوكامپوزيتي با 93/36 تا 99/77 درصد انطباق نشان داده است. سرانجام، نمونه پلي(هيدروكسي بوتيرات)/ليگنين (6% وزني)، پلي(هيدروكسي بوتيرات)/نانوالياف سلولز (3% وزني) و نمونه سه جزئي متشكل از پلي(هيدروكسي بوتيرات)/ليگنين(6%)/نانوالياف سلولز(3%) به عنوان نمونه هاي بهينه بر اساس خواص مكانيكي انتخاب شدند. در فاز بعد، كاربرد اين داربستها در زمينه مهندسي بافت استحوان توسط كشت سلول هاي سرطاني استئوبلاست انساني (MG63) مورد ارزيابي قرار گرفت. براي نمونه هاي سه جزئي در قياس با نمونه پلي(هيدروكسي بوتيرات) خالص علاوه بر تغيير ساختار نواري الياف و افزايش قابل توجه زبري سطح (از 326 به 389 نانومتر)، كاهش زاويه تماس (از حدود 120، به 62/21 درجه)، كاهش جزئي در بلورينگي (از 46 به 43 درصد) و سايز بلور (از حدود 24 به 16 نانومتر)، نرخ تخريب مناسب (30% كاهش وزن در دو ماه)، و نسبت كلسيم به فسفر بيش از 1/4 به معناي خواص معدني سازيِ ارجح، و بيش از سه برابر افزايش در ضريب چقرمگي مشاهده شد. در نهايت، نه تنها خروجي آزمون بقاي سلولي (ارتقا از حدود 60 به 100 درصد)، بلكه رنگ‌آميزي سلول و نتايج ميكروسكوپ الكتروني نيز رفتار سلولي برتري را در حضور ليگنين و نانوالياف سلولز تأييدكردند. دستيابي هاي فوق همراه با نتايج قابل قبول آلكالين فسفاتاز و آليزارين قرمز صحت كارايي بهترِ تركيب اين زيست مواد را در حوزه مهندسي بافت اسكلتي به خصوص استخوان اسفنجي تأييد كردند.

221589

مهندسي پليمر

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان