طراحي، ساخت و مشخصه يابي گوش زيستي سه بعدي با قابليت حسگري شنوايي خودتوان تريبوالكتريك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پزشكي

كارشناسي ارشد

آسيب‌هاي گوش از بدو تولد يا بر اثر حوادث، مي‌تواند منجر به اختلالات ظاهري يا شنوايي و نياز به بازسازي گوش شود. پيشرفت‌ها درروش‌هاي توليد داربست‌هاي زيستي، راه‌هايي را براي بازسازي اندام‌هاي حسي انسان مانند بيني و گوش در شرايط آزمايشگاهي با سطوح عملكردي كافي باز كرده است. چنين پيشرفت‌هايي امكان هدف‌گيري همزمان دو چالش را در اندام‌هاي حسي مهندسي‌شده، به‌ويژه گوش فراهم كرده است: در قسمت اول اين مطالعه بازسازي غضروف گوش خارجي با دقت بالا و در قسمت دوم ارائه تجهيزي بر پايه تريبو الكتريك براي بازسازي عملكرد شنوايي گوش مورد بررسي قرار گرفت. در قسمت اول پس از استخراج نانوفيبريل ابريشم، هيدروژل نانو كامپوزيتي آلجينات –نانوفيبريل ابريشم با استفاده از چاپ سه بعدي به شكل گوش خارجي توليد شد. مشخصه‌يابي‌ها نشان داد رفتار نازك برشي كه از ملزومات چاپ‌سه‌بعدي‌اكستروژني است، بهبود يافته است . به طوري ‌كه در بازه مشابه نرخ تنش برشي (s/1) 01/0 تا 100 گرانروي نمونه آلجينات حاوي دو درصد‌وزني نانوفيبريل از103 × 2/8 به 100×8/2 پاسكال رسيد. حال آنكه تغييرات گرانروي آلجينات تنها از 101 ×4/3 به 100×83/1 پاسكال بود. علاوه بر اين، بر همكنش بين نانوفيبريل ابريشم و ماتريس آلجينات منجر به بهبود قابل توجهي در خواص مكانيكي، بيولوژيكي و همچنين پايداري ساختار در محيط‌شبيه‌سازي شده بدن شدند. به طور مثال، به ويژگي‌هاي مكانيكي و بيولوژيكي و نرخ تخريب كنترل شده مي‌توان اشاره كرد. افزودن 2 درصد وزني‌نانوفيبريل استحكام فشاري (حدود 5/2 برابر)، استحكام كششي (حدود5 برابر) و مدول الاستيك (حدود3 برابر) آلجينات را بهبود بخشيد. بالاترين درصد زنده ماني سلولي (3± 168درصدكنترل) با توجه به آزمون سميت سلولي در داربست حاوي 2 درصد وزني نانوفيبريل مشاهده شد. درقسمت بعدي غشاء ليفي با تركيب‌هاي مختلف پلي¬وينيليدين‌فلورايد /پلي¬كاپرولاكتون الكتروريسي و پس از بهينه‌سازي ساختاري، توان تريبوالكتريكي نانوژنراتور با درصد¬هاي مختلف اندازه¬گيري شد. نتايج نشان ¬دادكه تركيب پلي¬وينيليدين فلورايد پلي¬كاپرولاكتون(PCL:PVDF) (2:1 و1:3) در غلظت‌هاي 15 و 17 درصد، منجر به ¬بهبود بيشينه توان نانوژنراتور از 227 به 1033 نانووات شد. سپس نانوژنراتور تريبوالكتريك با طراحي آرايه¬اي اقتباس شده از حلزوني گوش مورد مشخصه¬يابي قرارگرفت و پس از بهينه‌سازي تركيب پليمر¬ها در سازه‌هاي تريبوالكتريك، صلاحيت اين سيستم در ارائه خروجي ولتاژ مدار باز در پاسخ به فايل صوتي 0 تا 20 كيلوهرتز فركانس مورد ارزيابي قرارگرفت. هركدام از آرايه‌ها با افزايش طول از 12 تا 19 ميلي¬‌متر در بازه‌ي 180تا650 هرتز حساسيت نشان دادند. در ادامه با استفاده از طيف‌سنجي مادون قرمز با تبديل فوريه و آزمون كالري‌سنجي تفاضلي حضور فاز بتا و تاثير آن بر خروجي نانوژنراتور تأييد شد. بر اين اساس هيدروژل آلجينات حاوي 2 درصد وزني نانوفيبريل ابريشم مي‌تواند جوهر زيستي مناسبي جهت بازسازي گوش خارجي و هم چنين غشا ليفي با الياف موازي پلي وينيليدين فلورايد پلي‌كاپرولاكتون (PCL:PVDF:10:5) مي‌تواند لايه مناسبي جهت استفاده در دستگاه تريبو الكتريك طراحي شده به منظور تقليد عملكرد گوش داخلي باشد.

226457

بيومتريال

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان