ساخت و مشخصه‌يابي هيدروژل نانو‌كامپوزيتي قابل چاپ با شبكه‌هاي پليمري در هم نفوذ كرده بر پايه آلژينات و ژلما، تقويت شده با نانوذرات سيليكا جهت كاربرد در مهندسي بافت

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

پيوند اعضا يا جراحي بازسازي روشي درماني براي بيماراني است كه عضو يا اندامي از بدن آن ها به شدت آسيب ديده است. با توجه به محدوديت هاي پيوند عضو مثل تعداد كم و در دسترس نبودن اهدا كنندگان، عدم تطابق گروه خوني و ايجاد ايمني زايي بعد از پيوند، امروزه روش‌هاي ديگري مثل مهندسي بافت و پزشكي بازساختي به عنوان يك زمينه پژوهشي در حال توسعه مورد توجه پژوهشگران حوزه سلامت قرار گرفته است كه هدف آن‌ها ساخت جايگزين‌هاي احيا كننده براي بافت ازدست رفته يا آسيب ديده است. يكي از مراحل مهم و كليدي در فرايند مهندسي بافت ساخت داربست است. داربست به عنوان يك الگوي متخلخل و سه بعدي از زيست موادي مثل پليمرهاي طبيعي و سنتزي كه زيست سازگار و زيست تخريب شونده هستند، ساخته مي‌شوند. همچنين داربست ها بايستي براي بازسازي بافت ماتريكس خارج سلولي را شبيه‌سازي كنند. چاپ زيستي سه بعدي روشي نوين براي طراحي و ساخت سريع داربست ها با هندسه هاي پيچيده، دقت و وضوح بالا و تطبيق پذيري فوق العاده با بافت هدف است. هدف از پژوهش حاضر، ساخت هيدروژل تزريق‌پذير با خواص مكانيكي، رئولوژيكي و ساختاري مناسب با قابليت پشتيباني زنده ماني، چسبندگي و تكثير سلولي براي استفاده دركاربرد هاي مهندسي بافت است. ژلاتين متاكريلويل( GelMA ) و آلژينات از متداول‌ترين زيست ‌مواد براي استفاده به عنوان جوهر در چاپ زيستي سه بعدي هستند. آلژينات پليمري طبيعي است كه از جلبك قهوه اي استخراج مي‌شود و داراي قابليت ژل شدن سريع، زيست سازگاري بالا و خاصيت نازك برشي است اما معايبي نظير نرخ تخريب كند ، خواص مكانيكي و چسپندگي سلولي ضعيفي دارد. ژلما پليمري سنتزي و حاصل اصلاح زنجيره‌ هاي ژلاتين توسط متاكريليك انيدريد است كه قابليت ايجاد اتصالات عرضي و ژل شدن در معرض تابش نور را دارد و داراي چسبندگي سلولي مناسب است ولي خواص مكانيكي مطلوبي ندارد. از متيل سلولز به عنوان يك عامل پشتيبان براي افزايش ويسكوزيته جوهر با غلظت پايين جهت استفاده در چاپ زيستي مبتني بر اكستروژن استفاده مي‌شود. براي غلبه بر محدويت هاي گفته شده و ساخت يك هيدروژل چاپ پذير، در اين پژوهش جوهر زيستي چاپ پذير از تركيب GelMA و آلژينات به صورت زنجيره‌هاي در هم نفوذ كرده ( IPN ) و تقويت شده با نانو ذرات سيليكا ( SiO2 ) طراحي شد. نانوذرات SiO2 داراي انرژي سطح بسيار بالايي هستند و تمايل به تشكيل پيوندهاي هيدروژني با گروه هاي COO- در پليمرهاي طبيعي از جمله ژلاتين و آلژينات سديم دارند، زيرا داراي گروه هاي آزاد OH در سطح خود هستند. در اين پژوهش تاثير افزودن درصد هاي مختلف ( 0، 5/0، 1 و 2 درصد وزني ) نانو ذرات SiO2 بر خواص هيدروژل هاي ژلما-آلژينات بررسي شد. افزودن نانو ذرات SiO2 باعث افزايش استحكام و مدول فشاري هيدروژل هاي ژلما-آلژينات تا حدود 2 برابر شد و نرخ تخريب هيدروژل ها پس از 14 روز به علت كاهش قطر تخلخل ها در اثر اضافه كردن نانو ذرات سيليكا كاهش يافت. هيدروژل‌هاي حاوي نانو ذرات سيليكا داراي خاصيت نازك برشي هستند و زنده ماني سلول هاي فيبروبلاست در هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات حاوي 1% وزني نانو سيليكا به مدت 3 روز حدودا 98% گزارش شد. همچنين چسبندگي خوب سلولي سلول‌هاي فيبروبلاست در 1 و 7 روز پس از كشت سلولي مشاهده شد. و در نهايت به منظور بررسي چاپ پذيري، تمامي نمونه‌ها توسط چاپگر زيستي سه بعدي چاپ شد و هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما-آلژينات حاوي1% نانو بهترين صحت چاپ را داشت. نتايج بدست آمده نشان داد كه هيدروژل نانوكامپوزيتي ژلما/ آلژينات/ نانو SiO2 مي‌تواندگزينه مناسبي براي استفاده به عنوان جوهر زيستي در فناوري چاپ زيستي سه بعدي جهت كاربرد در مهندسي بافت غضروف و استخوان باشد.

219824

پليمر

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان