بخشی از مقاله
چکیده
عفونتهای ناشی از وارد کردن کاشتنیها به بدن انسان در کنار درمان نقص عضو، یکی از مهمترین نگرانیهای علم مهندسی پزشکی محسوب میشود. از طرفی تمایل به کاهش هزینهها نیز انگیزههای بسیاری در زمینه ساخت پوششی مناسب ایجاد کرده است. هدف از این پژوهش ساخت و مشخصهیابی پوشش ضد باکتریایی نانوکامپوزیت مس و کیتوسان به روش الکتروفورتیک میباشد.
در مرحله اول نانوذرات مس به روش شیمیایی از سولفات مس پنج آبه - CuSO4.5H2O - با اندازه ذرات حدود 40-10 نانومتر سنتز شد و سپس با اضافه شدن به محلول حاوی کیتوسان - C6H11NO4 - n به عنوان الکترولیت در روش الکتروفورتیک مورد استفاده قرار گرفت. فوالد زنگنزن 316 کمکربن بدلیل خواص مکانیکی مناسب به عنوان الکترود و زیرالیه انتخاب گردید.
به منظور بررسی و مشخصهیابی پوشش مورد نظر از جمله ترکیب شیمیایی و کیفیت سطحی آن، پراش پرتو ایکس - XRD - ، میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و زبری سنجی سطح نمونه قبل و بعد از پوششدهی به کار گرفته شدند که بهترین نتایج از نظر توزیع نانوذرات مس در زمینه پلیمری، خواص مکانیکی پوشش، کیفیت سطحی و خاصیت ضدباکتریایی مربوط به نمونه با 0/%25 حجمی کیتوسان و %5 مس و زمان 10 دقیقه و ولتاژ 10 ولت بود.
-1 مقدمه
کیتوسان یک بیوپلیمر غیرسمی است که از پوست سختپوستان مثل خرچنگ و میگو به دست میآید. کیتوسان و مشتقات آن بدلیل دارا بودن خاصیت ضدباکتریایی در مقایسه با سایر بیوپلمیرها بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند .]2 ,1[ خاصیت ضدباکتریایی1 کیتوسان تحت تاثیر پارامترهای متعددی از جمله نوع کیتوسان، درجه پلیمریزاسیون، جرم مولکولی و برخی خواص فیزیکوشیمیایی آن میباشد.]3[ همچنین این خاصیت با تغییرات pH رابطه عکس دارد بگونهای که با کاهش pH، خاصیت ضدباکتریایی کیتوسان افزایش مییابد که این بدلیل افزایش حاللیت آن در pH کمتر از 6 است.]4[
بعالوه بخاطر اندرکنش حاصل از نسبت سطح به حجم باالی نانوذرات کیتوسان، این بیوپلیمر بزرگ توانایی بازکردن پیوندهای محکم را بصورت ویژه ای دارا میباشند.]5[ در مقابل، این واقعیت که مس و ترکیبات آن دارای خاصیت ضدباکتری است از گذشته تا به امروز یک امر شناخته شدهاست .]6[ از طرف دیگر، مس در مقایسه با سایر فلزات در حالی که سمیت کمتری برای سلولهای زیستی دارد، قدرت بیشتری در از بین بردن میکروارگانیسمها دارد.
با این حال، نانوذرات مس علیرغم شناخته شدهبودن، به میزان کافی مورد بررسی قرار نگرفتهاند .]7 ,6[ امروزه با پیشرفتهای بدست آمده در تحقیقات در زمینه نانوذرات، فصل جدیدی از استفاده از آنها برای کاربردهای ضدمیکروبی و ضدباکتریایی و پزشکی آغاز شدهاست .]8[ نانوذرات مس به دلیل بار مثبت خود در برابر باکتریهای گرم منفی رفتار ضدباکتریایی بهتری از خود نشان میدهند .]11-9[
مکانیزم و نحوه عملکرد نانوذرات مس و کیتوسان بصورت کامل مشخص نشدهاست، با این حال برای هریک از این مواد مکانیزمهایی پیشنهاد شدهاست. این مواد با ایجاد پیوند با پوسته خارجی باکتری باعث ایجاد شکاف و خروج مواد داخل آن شده که این امر سبب تخریب و ازبین رفتن باکتری میشود .]13 ,12 ,3[ در این پژوهش، نانوکامپوزیت مس در زمینه کیتوسان با استفاده از روش پوششدهی الکتروفورتیک بر روی ورقهای فوالد زنگنزن 316 کمکربن ایجاد گردید و برخی خواص مکانیکی پوشش مورد بررسی قرار گرفت.
-2 مواد و روش تحقیق
-1-2 مواد
کیتوسان %85 - دی استیلیت شده، شماره کاال: 9012-76-4، وزن مولکولی متوسط، خلوص: %75 ، - - C6H11NO4 - n، سولفات مس پنج آبه - شماره کاال: 7758-99-8، وزن مولکولی: 249/69، %99 ، - CuSO4.5H2O، استیک اسید - شماره کاال: 64-19-7، وزن مولکولی: 60/05، %99 ، - CH3CO2H، سدیم هیدروکسید - شماره کاال: 1310-73-2، وزن مولکولی: 40، %97 ، - NH2NH2 و آسکوربیک اسید - شماره کاال: 50-81-7، وزن مولکولی: 176/12، %98 ، - C6H8O6 از شرکت مرک آلمان تهیه شد.
-2-2 سنتز نانوذرات مس
سنتز نانوذرات مس به روش شیمیایی انجام گردید. در مرحله اول، 10 میلیلیتر محلول 0/05 - CuSO4⋅5H2O موالر - به 40 میلیلیتر محلول استیک اسید 0/1 - موالر - حاوی کیتوسان اضافه شد تا محلول یکنواخت با رنگ آبی روشن حاصل گردد. در طول فرایند دمای محلول ثابت و حدود 120℃ نگاه داشتهشد و با استفاده از همزن مغناطیسی بطور یکنواخت تحت هم زدن قرار گرفت.
0/5 میلیلیتر آسکوربیک اسید 0/05 - موالر - بصورت قطره قطره به محلول اضافه شد. پس از 20 دقیقه، 2 میلیلیتر محلول NaOH 0/6 - موالر - به محلول اضافه شد تا محلول به رنگ سبز درآید. در نهایت 0/5 میلیلیتر N2H4 به محلول اضافه شد تا محلول به رنگ قرمز تند درآید. برای بدست آوردن نانوذرات، محلول به مدت 10 دقیقه با سرعت 6000 درو بر دقیقه سانتریفیوژ شد.
-3-2 ساخت پوشش نانوکامپوزیت کیتوسان - مس
به منظور ساخت و ایجاد پوشش از روش الکتروفورتیک استفاده شد. در این روش از محلول آب و استیک اسید 0/1 - درصد وزنی - حاوی مقدارهای مختلف کیتوسان استفاده شد. محلول یکنواخت حاوی کیتوسان پس از 30 دقیقه تحت همزدن توسط همزن مغناطیسی و در دمای اتاق بدست آمد. پس از آن 0/01 گرم نانوذرات مس به محلول اضافه گردید. در این فرایند از ورقهای فوالد زنگنزن 316 کمکربن با ابعاد 20 در 10 میلیمتر با ضخامت 1 میلیمتر برای کاتد و آند انتخاب شد.
به منظور تمیز کردن سطح زیرالیهها به مدت 10 دقیقه با استون و پس از آن با آب مقطر تحت التراسونیک قرار گرفت. قبل از پوششدهی با هدف همگن شدن نانوذرات مس و کیتوسان، محلول به مدت 30 دقیقه تحت التراسونیک قرار گرفت. فاصله بین دو الکترود 10 میلیمتر انتخاب شد و پوششدهی در جریان ثابت 0/1 آمپر و ولتاژهای متفاوت 5 و 10 ولت در دمای اتاق انجام شد. پوشش نانوکامپوزیت مس و کیتوسان بر روی کاتد حاصل گردید.
-4-2 مشخصهیابی پوشش
فازیابی تمامی نمونهها به کمک آزمون پراش پرتو ایکس - دوتتا مدل Philips X'pert-MPD System با پرتو N فلز هدف مس با طول موج 1/5406 آنگستروم، ولتاژ 40 کیلو ولت، آمپر 40 میلیآمپر - صورت گرفت. به منظور تعیین اندازه متوسط ذرات از روش دبای - شرر اصالح شده توسط منشی استفاده شد.
