بخشی از مقاله
چکیده
بیو سرامیک ها از جمله گروه های معروف و مورد علاقه در میان بیو مواد به شمار می روند. از جمله مزایای عمده این مواد نسبت به بیو مواد فلزی و پلیمری، مقاومت به خوردگی بالا، زیست سازگاری و خواص زیستی فعال مناسب است. در این پژوهش داربست های نانوکامپوزیتی کیتوسان/ پلی وینیل الکل/ نانو لوله کربنی و کیتوسان/ پلی وینیل الکل/ نانو لوله کربنی/ شیشه زیست فعال به روش الکتروریسی ساخته شد. آزمون خواص مکانیکی از الیاف ریسیده شده انجام شد و تاثیر نانوذرات شیشه زیستی بررسی شد. نتایج حاصل از آزمون خواص مکانیکی نشان داد که افزودن شیشه زیست فعال باعث افزایش استحکام فشاری و کاهش انعطاف پذیری می شود. نتایج حاکی از دست یافتن به یک داربست مناسب با خواص مکانیکی مناسب جهت استفاده در مهندسی عصب را نشان می دهد.
-1مقدمه
مهندسی بافت در مهندسی پزشکی به منظور ترمیم و جایگزینی عملکرد بافت ها و ارگان های آسیب دیده یا از بین رفته، مطرح بوده و همواره گسترش یافته است. ترمیم بافت عصبی یک درمان گرانبها در سلامت انسان به شمار می رود چرا که ارتباط مستقیم با کیفیت زندگی بشر دارد. این مساله کاملاً روشن است که سیستم اعصاب مرکزی - CNS - در انسان بالغ به دنبال آسیب دیدگی یا جراحت، قادر به ترمیم و بازسازی خود نیست .1[,2] اخیراً مهندسی بافت یک روش درمانی جدید را به عنوان جایگزینی برای روش سنتی پیوند، ارائه کرده است که شامل استفاده از بیومواد پلیمری یا کامپوزیتی به همراه سلول ها یا بدون آن ها می باشد. پلیمرها می توانند به عنوان داربست برای تأمین چسبندگی سلول، نگهداری و تمایز سلول بدون آنکه تمایز سلول ها را به تأخیر بیندازد، به کار روند .[3] پلی وینیل الکل به عنوان یک پلیمر زیست سازگار و آب دوست با ویژگی های پایداری شیمیایی و حرارتی مناسب و نیز استحکام کششی و انعطاف پذیری بسیار خوب شناخته می شود . [4,5] کیتوسان یک پلیمر خطی با ساختار ساکاریدی است و از هیدرولیز پلیمر طبیعی کیتین به دست می آید .[6] همچنین کیتوسان یکی از پلیمرهای زیست تخریب پذیر و زیست سازگار با بدن انسان است و دارای ویژگی های خاصی نیز می باشد که این پلیمر را برای بسیاری از زمینه های زیستی، پزشکی، دارورسانی و ژن درمانی مناسب نموده است .[7] از میان انبوهی از مواد نانومتری که هرکدام توانایی بالایی به منظور استفاده در سیستم های میکرو-نانو دارند، نانولوله های کربنی از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخورداردارند. خواص قابل توجه نانولوله های کربنی از قبیل رسانندگی بالا، استحکام مکانیکی، چگالی کمتر و پایداری بالا سبب شده است که در سال های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار بگیرند.
بسیاری از خواص نانولوله های کربنی به طبیعت پیوند های بین اتم های کربن مربوط استاخیراً. توجه دانشمندان به این قابلیت نانولولهها جلب شدهاست که همانند داربستهای طبیعی بافتی محتوی کلاژن، می توانند به عنوان داربست - Scaffold - برای رشد سلولهای روی آن ها مورد استفاده قرار بگیرند.[8@ یافته دیگری که توسط دانشگاه کالیفرنیا اعلام شدهاست، احتمال بهکار گیری نانولولهها در ترمیم ضایعات نخاعی است. در این حال حضور نانولولهها در محیط موجب هدایت رشد آکسونی میشود .[12] بیوسرامیک ها از جمله گروه های معروف و مورد علاقه در میان بیو مواد به شمار می روند. از جمله مزایای عمده این مواد نسبت به بیو مواد فلزی و پلیمری، مقاومت به خوردگی بالا، زیست سازگاری و خواص زیستی فعال مناسب است .[13] در میان همه مواد زیست فعال، بهترین رفتار زیست فعالی متعلق به شیشه های زیست فعال است که در برگیرنده ی گروهی از ترکیبات شیشه هستند که در زمان کوتاهی با بافت پیوند برقرار می کنند. اولین گزارش از بررسی های درون تنی شیشه های زیست فعال در سال 1971 به چاپ رسید .[14] قطعات یکپارچه از جنس شیشه های زیست فعال بیو گلاس 45S5 در استخوان ران موش صحرایی قرار داده شدند و نه تنها هیچ گونه اثر التهابی ایجاد نکردند، بلکه اتصال قابل توجهی نیز با بافت استخوانی اطراف خود ایجاد کردند .[15] روش ریسندگی الکتریکی پرکاربرد ترین روش ساخت نانوالیاف است. در ریسندگی الکتریکی محدودیت برای نوع پلیمر وجود ندارد و برای انواع پلیمرها به کار می رود .[16] الکتروریسی روش ساده ای است که به عنوان یکی از بهترین روش های تولید نانو الیاف شناخته شده است. این تکنیک که اولین بار در سال 1934 توسط فورمهال - Formhal - گزارش شد، با استفاده از بار الکتریکی، تشکیل الیاف پلیمری روی جسم هدف را کنترل می کند .[17] در ان پژوهش، ساخت نانوکامپوزیت کیتوسان/پلی وینیل الکل/نانولوله کربنی/شیشه زیست فعال با خواص زیستی و مکانیکی ارتقا یافته و برای مهندسی بافت عصب مورد توجه قرار گرفته است.
2 مواد و روش تحقیق
-1-2 تهیه و مشخصه یابی نانوذرات شیشه زیست فعال
با توجه به مطالعات صورت گرفته جهت ساخت پودر شیشه زیستی و با در نظر گرفتن مزایای روش سل ژل نسبت به سایر روش ها و همچنین جهت دستیابی به پودری با اندازه ذرات نانو، روش سل ژل برای ساخت پودر شیشه زیستی 58S مورد استفاده قرار گرفت. مواد اولیه مورد نیاز از شرکت مرک خریداری شد و مقادیر وزنی آن ها جهت آماده سازی شیشه زیست فعال مطابق جدول 1 بود. در ابتدا آب مقطر به همراه کاتالیزور - اسید نیتریک - 2N به مدت 10 دقیقه با همزن مغناطیسی و با سرعت 100 دور بر دقیقه و دمای 45 درجه سلسیوس هم زده شد .[18] پس از آن TEOS با واسطه الکلی اتانول و با رعایت نسبت مناسب به محلول اضافه گردید و محلول به مدت نیم ساعت هم زده شد. بعد از این مرحله، تری اتیل فسفات و نیترات کلسیم چهار آبه، به ترتیب و با فاصله زمانی نیم ساعت به محلول فوق اضافه و جهت تکمیل واکنش های هیدرولیز، محلول دو ساعت دیگر توسط همزن مفناطیسی با شرایط ذکر شده هم زده شد. پس از تشکیل ژل، به مدت دو ساعت در همان دمای 45 درجه سلسیوس نگه داشته شد. ژل به دست آمده پس از پیر سازی، به مدت 24 ساعت در خشک کن با دمای 60 درجه سلسیوس و سپس به مدت 12 ساعت در دمای 140 درجه سلسیوس قرار داده شد. نمونه پس از خارج شدن از خشک کن به مدت یک ساعت وارد کوره با دمای 650 درجه سلسیوس شد تا شیشه زیست فعال به دست آید .[19]
ساختار فازی نانوذرات شیشه زیست فعال پس از عملیات حرارتی به کمک تکنیک پراش پرتو ایکس - Philips Xpert-MPD - - XRD - 1 بررسی شد. به این منظور نمونهها درون نگهدارنده نمونه دستگاه پراش پرتو ایکس قرار داده شدند. سپس بر روی آنها طیف پرتو ایکس تابانیده شد. ولتاژ دستگاه 40 کیلو ولت، طول گام0/02 2، زمان توقف در هر گام1 3 ثانیه و لامپ مورد استفاده برای تولید پرتو ایکس CuK با طول موج 1/542 آنگستروم - =1/542 - بود. مورفولوژی نانو ذرات شیشه زیست فعال نیز به کمک میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مدل - MIRA3 TESCAN - مورد ارزیابی قرار گرفت. ولتاژ کاری دستگاه 20 کیلو ولت بود و نمونه ها قبل از مشاهده بر روی قالب های مخصوص آلومینیومی قرار گرفتند. پوشش دهی نمونه های نیز به کمک لایه نازکی از طلا انجام شد.
مقدار معین از آب مقطر روی دستگاه همزن قرار گرفت تا دمای آن به 80 درجه سلسیوس برسد. سپس پودر پلی وینیل الکلMw - 7 72000، 99%، - PVA, Hydrolyzed, Merck، به آب اضافه شد. محلول حاصل بر روی دستگاه همزن مغناطیسی قرار گرفت تا زمانی که محلول همگن حاصل شود. مدت زمان هم خوردن بستگی به مدت زمان لازم تا رسیدن به یک محلول همگن داشت به طول انجامید.
-2-2-2 تهیه محلول کیتوسان/ پلی وینیل الکل/ نانولوله کربنی - CS/PVA/CNT -
ابتدا 0/0005گرم نانولوله کربنیSupplied by Nurrino, - - CNT - 8 - Purity: 98% در محلول %3 اسید استیک به مدت 20 دقیقه با دستگاه همزن آلتراسونیک همزده شد. سپس 0/05 گرم کیتوسان9 - Sigma 28191from Crab Shell - به مدت 10 دقیقه با همزن آلتراسونیک هم زده شد. محلول حاصل سپس به مدت 10 ساعت بر روی همزن مغناطیسی برای تهیه محلولی یکنواخت قرار داده شد. پس از آماده شدن محلول مورد نظر، محلول PVA آماده شده به نسبت - PVA/CS - 75/25 به آن اضافه شد و به مدت 1 ساعت هم زده شد.
-3-2-2 تهیه محلول کیتوسان/پلی وینیل الکل/نانولوله کربنی/شیشه زیست فعال - CS/PVA/CNT/BG -
مراحل آماده سازی این محلول مشابه با روش محلول قبلی بود با این تفاوت که پس از هم خوردن کیتوسان، به ترتیب - %5 و % 10 وزنی - شیشه زیست فعال به محلول اضافه شد. سپس محلول به مدت 10 دقیقه با همزن آلتراسونیک به خوبی هم زده شد. پس از آن محلول PVA - آماده سازی مشابه روش قبلی - به محلول اصلی اضافه شد.
-3-2 ساخت داربست ×
برای ساخت داربست از روش الکتروریسی - فناوران نانومقیاس - استفاده شد. نمایی از دستگاه الکتروریسی استفاده شده در این پژوهش در 6-Triethyl phosphate 7-Polyvinyl Alcohol 8-Carbon Nanotube 9-Chitosan
