بخشی از مقاله
چکیده
در این کار تحقیقاتی از ترکیب پر مرغ که محصول جانبی در صنعت مرغداری بوده و مقدار زیادی از آن اتلاف میشود، به عنوان منبع کراتین و پلیمر مصنوعی پلیوینیل پیرولیدون بدلیل زیستسازگاری، انعطافپذیری، شفافیت و قابلیت عبور نور و اکسیژن، هیدروژل تهیه شده است. تاثیر غلظتهای متفاوت کراتین و پلیوینیل پیرولیدون در هیدروژل که تحت تابش نور ماوراء بنفش سنتز شدند، مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به نتایج بدست آمده افزودن هیدروژن پراکسید سبب ترسیع روند تشکیل کراس لینک در طول فرایند تابش میشود. آزمون طیفسنجی مادون قرمز برهم کنش بین پلیمرها را تائید کرد و تصاویر میکروسکوپ الکترونی نیز تشکیل موفقیت آمیز هیدروژل بر روی پارچه را اثبات نمود.
کلید واژه- هیدروژل، کراتین، پلیوینیلپیرولیدون، تابش ماوراء بنفش
-1 مقدمه
هیدروژلها پلیمرهایی با ساختار سهبعدی هستند که به دلیل داشتن خواص منحصر به فرد از جمله جذب آب، انعطافپذیری، زیستسازگاری و ... بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. در کاربردهای پزشکی، استفاده از پلیمرهای طبیعی به دلیل سازگاری زیستی بالا و غیر سمی بودن، به پلیمرهای مصنوعی ترجیح داده میشوند. هر چند این بیوپلیمرها به لحاظ خواص مکانیکی و تکرارپذیری دارای ضعف میباشند. از این رو بهکارگیری پلیمرهای طبیعی به همراه پلیمرهای مصنوعی زیست سازگار در زمینه زیست پزشکی پیشرفت گستردهای داشته است1]و.[2کراتین جزء پروتئینهای لیفی است که در منابعی چون موی انسان، پشم، پر، شاخ، سم و ناخن یافت میشود و به شکلهای مختلفی مانند فیلم، اسفنج، پودر و هیدروژل تهیه میشود.[3]
پر از جمله الیاف پروتئینی طبیعی است که سالیانه حجم زیادی از آن به صورت محصول جانبی از مرغداریها اتلاف میشود. پر پرندگان به عنوان یکی از منابع مهم کراتین و با داشتن پیوندهای دیسولفیدی، پیوندهای هیدروژنی و برهمکنشهای آبگریز میتواند در کاربردهای زیستپزشکی استفاده شود. از این رو بازیافت این لیف پروتئینی و استفاده از آن ارزش افزودهی قابل توجهی را سبب خواهد شد. کم هزینه بودن نسبت به دیگر پلیمرها، در دسترس بودن، زیست سازگاری و عدم سمیت از مزایای کراتین میباشد.[4] ونگ و همکاران در سال 2016 از کراتین پر مرغ هیدروژل تهیه نموده و آن را به عنوان پانسمان زخم مورد بررسی قرار دادند.آنها برای آمادهسازی هیدروژل کراتین از روشخشک کردن انجمادی استفاده کردند.
سپس هیدوژل بدست آمده را بر روی موش آزمایشگاهی آزمودند. نتایج بدست آمده از هیدروژل کراتین پر در پانسمانها نشان داد که این ماده در تسریع روند بهبود زخم موثر است.[5]پلی وینیل پیرولیدون - PVP - نیز پلیمری آمورف، جاذب رطوب و محلول در آب است. این ماده از طرف سازمان بهداشت جهانی پلیمری بدون عوارض جانبی شناخته شده که با بدن انسان کاملا سازگار است. این ماده به دلیل خواص منحصر بفرد نظیر دامنه حلالیت و سازگاری وسیع با سایر مواد، بی اثر بودن از لحاظ فیزیولوژی، توانایی تشکیل کمپلکس با مواد دیگر، توانایی تشکیل فیلم و چسبندگی ذاتی، در مصارف حساسی نظیر فرمولاسیون آرایشی بهداشتی، داروسازی و صنایع غذایی گسترش یافته است.[6]هیدروژلهای کراس لینک شده فیزیکی PVP عموما با استفاده از اشعهی گاما، تابش پرتو الکترونی، کراس لینک نوری UV، ذوب انجماد و ... سنتز میشود.
در میان این روشها امواج ماوراء بنفش علاوه بر سهولت دسترسی و ارزان بودن، به عنوان یک عامل کراس لینک کننده در زمان بسیار کوتاه شناخته شده است. فچین و همکارانش در پژوهشی بر روی ایجاد اتصال عرضی در PVP با استفاده از اشعه UV-C در طول موج 254 نانومتر با استفاده از لامپ قوس کم فشار جیوه بهره بردند. آنها دریافتند که این فرآیند را میتوان با افزودن هیدروژن پراکسید به مخلوط آبی پلیمر و یا با استفاده از واکنش فوتو فنتون شتاب داد.[7]در این تحقیق، ابتدا کراتین از پر مرغ ضایعاتی به روش احیا استخراج شده و سپس به منظور تهیه هیدروژل از ترکیب پلیمر پلیوینیل پیرولیدون به همراه کراتین با درصدهای متفاوت استفاده میشود. برای تهیه هیدروژل تابش UV به همراه پراکسید هیدروژن بکار گرفته شده و در نهایت هیدروژل حاصل بر روی پارچه پنبهای تحت ارزیابی قرار میگیرد.
-2 تجربیات
ابتدا عملیات آماده سازی و شستشوی پر با ماده شوینده غیر یونی به نسبت 1 g/l و چربیزدایی بوسیله الکل طی 2 ساعت انجام شد. سپس فرآیند استخراج به وسیلهی 10 g/lسدیم سولفید در دمای 60 درجه به مدت 3 ساعت برای شکستن پیوندهای دیسولفیدی کراتین انجام و محلول از کاغذ صافی عبور داده شد. پس از دیالیز محلول بدست آمده به مدت 48 ساعت، پودر کراتین با استفاده از دستگاه فریز درایر بدست آمد.پلیوینیلپیرولیدون با وزن مولکولی 360 کیلودالتون از شرکت سیگما تهیه شد. طبق جدول 1 محلول آبی PVP %30 به همراه محلول کراتین %30، به نسبتهای متفاوت ترکیب شدند و سپس تحت تابش لامپ 400 UV وات به همراه 0/1 سیسی پراکسید هیدروژن به مدت 30 دقیقه بر روی پارچه پنبهای قرار گرفتند.
برای محاسبه میزان تورم هیدروژلها از فرمول زیر استفاده شد:به نحوی که W1 وزن نمونه پیش از قرار گرفتن در محیط آبی، و W2 وزن نمونه پس از قرار گرفتن در محیط آبی و S میزان تورم میباشد. وزن هیدروژلها پس از 4،3،2،1 و 24 ساعت غوطه وری در آب اندازه گیری شد.جهت بررسی ساختار شیمیایی کراتین استخراج شده و همچنین هیدروژلهای تهیه شده آزمون طیفسنجی مادون قرمز توسط دستگاه FTIR NEXUS 870 در محدوده عدد موجی 400cm-1 تا 4000 انجام گردید. به منظور مشاهده سطح کالا جهت اطمینان از سنتز هیدروژل روی پارچه از میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM Philips XL30 - USA - تحت ولتاژ 25 کیلو ولت استفاده شد.
-3 بحث و نتایج
جهت تهیه هیدروژل در این پژوهش از تابش ماوراء بنفش برای ایجاد اتصالات عرضی استفاده شد. افزودن هیدروژن پراکسید سبب ترسیع روند تشکیل کراس لینک از طریق تولید رادیکال هیدروکسیل در طول فرایند میشود. رادیکال هیدروکسیل با ماکرومولکولهای پلیمر واکنش داده و از طریق فتولیز گروههای پیرولیدون ماکرو رادیکالها را افزایش میدهد. در صورتی که موقعیت ماکرو رادیکالها در زنجیره پلیمر مناسب باشد، امکان ایجاد کراس لینک تحت تابش ایجاد میشود. نتایج ارزیابی میزان تورم هیدروژلها در زمانهای مختلف در جدول 2 آمده است. همانگونه که مشاهده میشود با افزایش زمان میزان تورم نمونهها افزایش یافته و پس از 24 ساعت به تعادل رسیدهاند.
بیشترین تورم مربوط به نمونه هیدروژل PVP بدلیل داشتن گروههای قطبی جاذب رطوبت میباشد. نمونههای مخلوط بدلیل برقراری پیوند هیدروژنی بین مولکولی و کاهش گروههای آبدوست در دسترس دارای جذب آب کمتری نسبت به هیدروژل تک جزئی PVP میباشند. از بین نمونههای ترکیبی نیز نمونه 3 با نسبت 3:1 از PVP:Keratin تورم بالاتری را نشان میدهد.نتایج FTIR در شکل 1 آورده شده است. پیکهای شاخص در طیف مادون قرمز کراتین استخراج شده مربوط به پیوندهای پپتیدی میباشد. باند جذبی کششی CO در 1600-1700cm-1 مربوط به آمید نوع اول، باند کششی ارتعاشی C-H و خمشی N-H در 1520 -1540 cm-1 مربوط به آمید نوع دوم و آمید نوع سوم با ترکیبی از باند کششی C-N و باند ارتعاشی-خمشی C=O در 1200 -1300 cm-1 مشاهده میشود. پیکهای شاخص PVP عبارتند از باند کششی O-H در محدوده 3470 cm-1 و باند کششی CH و CH2 در 2870 -2950 cm-1 ، و باند کششی ارتعاشی C-N و C=O در 1664 cm-1 میباشد. در طیف
