بخشی از مقاله
چکیده
در کار پژوهشی حاضر، تهیه نانو کامپوزیت کربوکسی متیل سلولز- کلسیم آلژینات- پلی وینیل الکل- نقره - Cmc- Alg/Pva/Ag - با استفاده از روش الکترواسپینینگ و امکان استفاده از آن به عنوان پانسمان ارزیابی شد . فیلم Cmc با استفاده از روش محلول تهیه گردید . سپس نانو الیاف Alg/Pva/Ag با استفاده از روش الکترواسپینینگ تحت شرایط بهینه تهیه، و بر روي فیلم Cmc نشانده شد . بررسی ساختار سطحی نانوالیاف Alg/Pva/Ag با استفاده از تکنیک SEM نشان داد که نانو ذرات نقره بطور مناسب بر روي الیاف Alg/Pva نشانده شده اند. نتایج نفوذپذیري نسبت به بخار نشان داد که فیلم Cmc-Alg/Pva/Ag، نسبت به فیلم Cmc از نفوذ پذیري کمتر و نسبت به نانو الیاف Alg/Pva/Ag از نفوذ پذیري بیشتر برخوردار است.
نتایج تست آنتی باکتریال مشخص کرد که بیشترین حساسیت مربوط به باکتري هاي گرم منفی E.coli و Kleb.Pneumonia، به ترتیب با قطر هاله هاي 23 و 24 میلی متر و باکتري گرم مثبت Staphylococcus aureus و Staphyococcus sapropheticus با قطر هاله هاي 21 و 17 میلی متر براي فیلم Cmc/Alg/ Pva /Ag است. همچنین در بررسی روند بهبودي زخم، مشاهده شد که زخمی که تحت پانسمان Cmc/Alg/Pva/Ag قرار گرفته بود به صورت معنی داري سرعت بهبودي بهتري نسبت به پانسمان Cmc و همچنین پانسمان Cmc/Ag دارد. نتایج بدست آمده امکان استفاده از نانوکامپوزیت - Cmc/Alg/Pva/Ag - را به عنوان پانسمان تایید کرد.
کلمات کلیدي
کربوکسی متیل سلولز، آلژینات کلسیم، پلی وینیل الکل، نقره، الکترواسپینینگ، ضدباکتري
-1 مقدمه
بیو پلیمرها، پلیمر هایی هستند که توسط سیستم هاي بیولوژیکی مانند میکروارگانیسم ها،گیاهان و حیوانات تولید می شوند و مزایایی مانند مشابهت و یکسانی با بافت میزبان و از طرف دیگر توانایی ارتباط داشتن با محیط بیولوژیکی و عدم سمی بودن را دارند .[1] سلولز فراوان ترین بیو پلیمر موجود در طبیعت است. سهولت تولید، قیمت کم،زیست تخریب پذیري بالا و.... موجب توجه روزافزون به این بیو پلیمر شده است. کربوکسی متیل سلولز - - Cmc یکی از مشتقات سلولز بوده و بیو پلیمري خطی و محلول در آب است و توانایی تشکیل فیلم هاي پایدار، شفاف، پیوسته و یکنواخت را دارد.[2] مطالعات متعددي بر روي ویژگی هاي فیلم هاي حاصل از کربوکسی متیل سلولز انجام شده است.
از جمله براي تولید هیدروژل حاوي نانو ذرات فلز که براي کاربرد هاي زیست پزشکی به خصوص پانسمان زخم بسیار مناسب است. از معایب عمدهکربوکسی متیل سلولز - - Cmc براي کاربرد هاي بالینی و پزشکی می توان به مقاومت مکانیکی ضعیف فیلم هاي تهیه شده از آن و حساسیت زیاد آن نسبت به رطوبت - به دلیل ماهیت آبدوستی - اشاره نمود.[3] در این راستا یکی از روش هاي جذاب که در سال هاي اخیر توسعه فراوانی پیدا کرده است ترکیب نانو ذرات فلزي با نانو الیاف پلیمري براي تهیه بافت الکتروریسی با استفاده از روش الکترواسپینینگ می باشد.
از طرف دیگر، آلژینات کلسیم یک پلیمر زیست تخریب پذیر است که معمولا از جلبک هاي دریایی قهوه اي استخراج می شود و از دو واحد مونومري–D مانورونیک اسید و L–α گلورونیک اسید تشکیل شده است.[4] همچنین الیاف تولید شده از پلیمر طبیعی آلژینات در کاربرد هاي خاص نظیر منسوجات پزشکی استفاده می شوند. زخم پوش هاي تولید شده از آلژینات بسیار جاذب رطوبت، سازگار با بدن و زیست تخریب پذیر هستند و سرعت بهبود و ترمیم زخم هاي پوستی را افزایش می دهند.[5] تولید نانو الیاف از پلیمر هاي طبیعی مانند آلژینات به روش الکتروریسی معمولا مشکل تر از پلیمر هاي مصنوعی است بطوریکه الکترواسپینینگ آلژینات خالص امکان پذیر نیست و گزارشات محدودي در زمینه الکتروریسی آلژینات همراه با پلیمر هاي مصنوعی مانند پلی اتیلن اکسید - - Peo و پلی وینیل الکل - Pva - وجود دارد.[6]
Pva پلی هیدروکسی محلول در آب است و توانایی تشکیل فیبر سازگار با بدن و با مقاومت شیمیایی و قابلیت تجزیه بیولوژیکی را داراست و می تواند با بیوپلیمر هاي طبیعی براي بهبود خواص مکانیکی براي فرایند الکتروریسی بکار گرفته شود.[7] نانو فلزات و نانو اکسیدهاي فلزي نظیر نانو نقره، نانو اکسیدروي و... داراي قابلیت هاي ویژه و منحصر به فردي از جمله قابلیت مهارکنندگی باکتري و قارچ می باشند.کاربرد این نانو مواد تدریجا رواج یافت تا اینکه امروزه در صنعت نساجی با استفاده از نانو ذرات نقره، منسوجات با خاصیت فوق العاده قوي ضدباکتري تولید شده است. [8] بررسی ها نشان می دهد معمولا در ساخت پانسمان هاي زخم آنتی باکتریالی به روش الکتروریسندگی از نانو ذرات نقره و یا اکسید روي استفاده شده است. نانو ذرات نقره - AgNps - که به عنوان یک آنتی بیوتیک، با خاصیت ضد باکتري قوي شناخته شده است باعث علاقه ي روز افزون پژوهشی در این زمینه شده است.[9]
تحقیقات مربوطه نشان می دهد که رادیکال هاي آزاد رها شده از سطح - AgNps - می تواند به ساختار باکتري ها آسیب برساند . علاوه بر این نانوذرات نقره بر روي سلول هاي زنده تاثیر منفی نمی گذارد. .[10] بنابراین آنها به طور گسترده به عنوان مواد افزودنی در محصولات زیست پزشکی، به منظور افزایش توانایی ضد میکروبی مواد استفاده می شود.[11] در کار پژوهشی حاضر بیو فیلم کربوکسی متیل سلولز در شرایط بهینه به روش قالب ریزي تهیه خواهد شد. در مرحله بعد نانو الیاف کلسیم آلژینات- پلی وینیل الکل- نقره با استفاده از روش الکترواسپینینگ در شرایط بهینه تهیه و بر روي فیلم کربوکسی متیل سلولز نشانده خواهد شد. در نهایت ویژگی هاي ضد باکتریایی، مورفولوژیکی و قابلیت نفوذپذیري آن نسبت به بخار آب بررسی خواهد شد.
-2 بخش تجربی
-1-2 واکنشگرها و مواد مورد نیاز
آلژینات کلسیم - - Calcium Salt Of Alginic Acid ساخت شرکت سیگما آلدریچ - - Sigma-Aldrich، باخلوص 99 درصد. کربوکسی متیل سلولز - - Cmc، ساخت شرکت مرك آلمان - - MERCK، با خلوص 99.5 درصد.کربنات سدیم،
-2-2 تهیه ي نانو الیاف
در پژوهش حاضر به منظور تهیه ي نانو الیاف از دستگاه الکتروریسی مدل ES1000 استفاده شده است که شامل یک محفظه فلزي اصلی است که درون آن، دیگر اجزاي دستگاه شامل پمپ سرنگی، سیستم جمعکننده و منبع تأمین اختلاف پتانسیل قرار گرفته است.
روش تهیه ي نانو الیاف آلژینات کلسیم
محلول هاي آلژینات کلسیم با استفاده از محلول کربنات سدیم به عنوان حلال آماده شد. مقدار 2 گرم Na2Co3 در 25 میلی لیتر آب مقطر و در دماي 60 درجه سانتیگراد به تدریج حل شد و محلول کربنات سدیم با غلظت %8 وزنی/وزنی به عنوان حلال آلژینات کلسیم بدست آمد. سپس مقدار 1 گرم پودر آلژینات کلسیم به آرامی در محلول کربنات سدیم فوق ریخته شد و در دماي 60 درجه سانتیگراد وبه مدت 2 ساعت توسط همزن مغناطیسی حل گردید. از محلول بدست آمده مقدار5 میلی لیتر با سرنگ دستگاه الکتروریسی برداشته و در دستگاه قرار داده شد و الکترواسپینینگ آغاز شد. با شروع کار مشخص شد که به علت گرانروي بسیار زیاد، محلول آلژینات کلسیم به سختی از نوك نازل خارج می شود و با اعمال ولتاژ بالاتر، کاهش دما و فاصله نازل تا جمع کننده نیز تغییري صورت نگرفت در نتیجه غلظت محلول به ترتیب به 3،2 و %1 وزنی/وزنی کاهش داده شد و در هر مورد به فرایند الکتروریسی اقدام گردید. نتایج بدست آمده نشان می دهد که آلژینات خالص را نمی توان به طور مستقیم الکتروریسی کرد، بنابراین براي غلبه بر قابلیت ضعیف الکتروریسی آلژینات کلسیم، از پلیمر مصنوعی پلی وینیل الکل - - Pva مخلوط با محلول آلژینات کلسیم استفاده شد.[12]
الکتروریسی پلی وینیل الکل-کلسیم آلژینات
به منظور تهیه نانو الیاف می بایست این پلیمر با پلیمر پلی وینیل الکل ترکیب گردد - . - Nie& et al,2008,1362 مخلوط هاي آبی از آلژینات کلسیم و پلی وینیل الکل با غلظت هاي مختلف و نسبت هاي مختلف به طور جداگانه آماده شد. براي تهیه نانو الیاف، از این 2 محلول پلیمري نسبت هاي 70:30 و 80:20 و 90:10 از آلژینات کلسیم و پلی وینیل الکل آماده شد. محلول هاي تلفیقی از پلی وینیل الکل و آلژینات کلسیم با غلظت هاي 4 درصد وزنی براي آلژینات کلسیم و 7،8،9 درصد وزنی براي پلی وینیل الکل، الکتروریسی شدند.[13]
-3-2 تهیه نانوذرات نقره
براي تهیه ي نانو ذرات نقره، از دستگاه انفجار الکتریکی سیم در محیط پلاسما - PNC - استفاده شد. به منظور تهیه ي نانو کلوئید نقره، از یک سیم نقره به قطر 0/2 میلی متر با وزن 5 گرم، و در ولتاژ 300 کیلو ولت و با سرعت خوراك دهی 0/5 میلی متر بر دقیقه و در مدت زمان 6 دقیقه، محلول نانو ذره - نانو کلویید نقره - به حجم 1 لیتر حاصل گردید.
-4-2 الکتروریسی پلی وینیل الکل/ کلسیم آلژینات / نانو نقره
محلول آلژینات کلسیم به طور جداگانه با %4 درصد وزنی/وزنی درحلال کربنات سدیم تهیه گردید با این تفاوت که حلال کربنات سدیم در محلول نانوکلوئید نقره آماده شده است، همچنین براي تهیه محلول پلی وینیل الکل نیز، به جاي آب مقطر از نانوکلوئید نقره استفاده شد. هردو محلول با نسبت 90:10 ازآلژینات کلسیم وپلی وینیل الکل به مدت 6 ساعت بر روي همزن مغناطیسی به منظور همگن شدن مخلوط، همزده شد. سپس محلول ترکیبی از پلی وینیل الکل، آلژینات کلسیم و نانونقره آماده شد. محلول آماده در سرنگ الکتروریسی5 میلی لیتر ریخته شد و متغیرهاي دستگاه طبق جدول - 1 - تنظیم گردید. سپس فرایند الکتروریسی شروع شد.
