ارزیابی اثر دو پارامتر ولتاژ و فاصله کاری بر ریخت‌شناسی داربست پلی کاپرولاکتون- KIT-6 ساخته شده به روش الکتروریسی

جان فدا, علی رضا; آصف نژاد, آزاده; خراسانی, محمدتقی; دلیری جوپاری, مرتضی

ارزیابی اثر دو پارامتر ولتاژ و فاصله کاری بر ریخت‌شناسی داربست پلی کاپرولاکتون- KIT-6 ساخته شده به روش الکتروریسی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی پزشکی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

² پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

³ پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

چکیده

دستیابی به داربستی با ساختار صاف،یکنواخت و عاری از عیوب دانه تسبیحی(بید) یکی از چالش‌های مهم در تولید داربست‌های مهندسی بافت به روش الکتروریسی است. در این پژوهش داربست لیفی کامپوزیتی پلیکاپرولاکتون-سیلیکای مزومتخلخل(KIT-6 ) به روش الکتروریسی ساخته شده و اثر دو متغیرعملیاتی مربوط به دستگاه الکتروریسی شامل ولتاژ و فاصله کاری بر ریخت‌شناسی نهایی داربست مورد بررسی و ارزیابی قرارگرفت. نتیجه‌ها نشان داد که با افزایش ولتاژ کاری از 15 به 18 کیلوولت ساختار داربست غیریکنواخت شده و الیاف نامتراکم و فاقد تخلخل‌های ساختاری مناسب تولید می‌شوند. افزون برآن نتیجه‌ها بیانگر اثر مثبت افزایش فاصله کاری بر ریخت‌شناسی داربست پایانی است. در فاصله‌های کم ساختار غیریکنواخت و همراه با بید ایجاد شده و با افزایش فاصله کاری تا 20 سانتی متر ساختار مناسب‌تری ایجاد می‌شود. از این رو می‌توان ولتاژ 15 کیلوولت و فاصله 20 سانتی‌متر را مقدارهای بهینه‌ای برای دو متغییر دستگاهی ولتاژ و فاصله کاری برای الکتروریسی داربست‌های کامپوزیتی پلی‌کاپرولاکتون- KIT-6 با درصدهای گوناگون وزنی از محتوی سرامیکی دانست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مهندسی دارویی / پزشکی

مراجع

[1] Salgado A.J., Coutinho O.P., Reis R.L., Bone Tissue Engineering: State of the Art and Future Trends. Macromolecular bioscience, 4(8): 743-65 (2004).

[2] Bell E., Tissue Engineering, An Overview. Tissue engineering, Springer, 3-15 (1993).

[3] Lim S.H., Mao H.-Q., Electrospun Scaffolds for Stem Cell Engineering. Advanced Drug Delivery Reviews, 61(12): 1084-96 (2009).

[4] O'Keefe R.J., Mao J., Bone Tissue Engineering and Regeneration: from Discovery to the Clinic—an Overview. Tissue Engineering Part B: Reviews, 17(6): 389-92 (2011).

[5] Dutta R.C., Dutta A.K., Comprehension of ECM-Cell Dynamics: A Prerequisite for Tissue Regeneration. Biotechnology advances, 28(60): 764-769 (2010).

[6] Ikada Y., Challenges in Tissue Engineering. Journal of the Royal Society Interface, 3(10): 589-601 (2006).

[7] Gniesmer S., Brehm R., Hoffmann A., de Cassan D., Menzel H., Hoheisel A.L., et al., Vascularization and Biocompatibility of Poly [Ε-Caprolactone ] Fiber Mats for Rotator Cuff Tear Repair. PLOS ONE, 15(1): e0227563 (2020).

[8] Okada M., Chemical syntheses of biodegradable polymers. Progress in polymer science, 27(1): 87-133 (2002).

[9] Roy I., Biodegradable Polymers. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 85(6): 731- (2010).

[10] Diba M., Kharaziha M., Fathi M., Gholipourmalekabadi M., Samadikuchaksaraei A., Preparation and Characterization of Polycaprolactone/Forsterite Nanocomposite Porous Scaffolds Designed for Bone Tissue Regeneration. Composites Science and Technology, 72(6): 716-723 (2012).

[11] Kim H.W., Biomedical Nanocomposites of Hydroxyapatite/Polycaprolactone Obtained by Surfactant Mediation. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 83(1): 169-177 (2007).

[12] Chitra K., Reena K., Manikandan A., Antony S.A., Antibacterial Studies and Effect of Poloxamer on Gold Nanoparticles by Zingiber Officinale Extracted Green Synthesis. Journal of nanoscience and nanotechnology, 15(7): 4984-4991 (2015).

[13] Huang X., Li L., Liu T., Hao N., Liu H., Chen D., et al., The Shape Effect of Mesoporous Silica Nanoparticles on Biodistribution, Clearance, and Biocompatibility in Vivo, ACS nano, 5(7): 5390-5399 (2011).

[14] Ayad M.M., Salahuddin N.A., El-Nasr A.A., Torad N.L., Amine-Functionalized Mesoporous Silica KIT-6 as a Controlled Release Drug Delivery Carrier. Microporous and Mesoporous Materials, 229: 166-177 (2019).

[15] Popova M., Trendafilova I., Tsacheva I., Mitova V., Kyulavska M., Koseva N., et al. Amino-Modified KIT-6 Mesoporous Silica/Polymer Composites for Quercetin Delivery: Experimental and Theoretical Approaches. Microporous and Mesoporous Materials, 270: 40-47 (2018).

[16] Janfada A., Asefnejad A., Khorasani M.T., Joupari M.D., Reinforcement of Electrospun Polycaprolacton Scaffold using KIT-6 to Improve Mechanical and Biological Performance. Polymer Testing, 84: 106391 (2020).

[17] Mo X., Li D., EI-Hamshary H.A, .Al-Deyab S.S., Electrospun Nanofibers for Tissue Engineering. Journal of Fiber Bioengineering and Informatics, 6(3): 225-235 (2013).

[18] Wei G., Ma P.X., Structure and Properties of Nano-Hydroxyapatite/Polymer Composite Scaffolds for Bone Tissue Engineering. Biomaterials, 25(19): 4749-4757 (2004).

[19] Zhmayev E., Cho D., Joo Y.L., Nanofibers from Gas-Assisted Polymer Melt Electrospinning. Polymer, 51(18): 4140-4144 (2015).

[20] مشهدی س.، مردانی تودشکی ح.، علی مرادی م.، استفاده از نانو الیاف پلیمری الکتروریسی آغشته به لیگاند جاذب برای تعیین مس در آب شهرستان اراک. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)36: 103 تا 113 (1396).

[21] Hekmati A.H., Rashidi A., Ghazisaeidi R., Drean J-Y., Effect of Needle Length, Electrospinning Distance, and Solution Concentration on Morphological Properties of Polyamide-6 Electrospun Nanowebs. Textile Research Journal, 83(14): 1452-1466 (2013).

[22] Zheng Y., Xie S., Zeng Y., Electric Field Distribution and Jet Motion in Electrospinning Process: from Needle to Hole. Journal of Materials Science, 48(19): 6647-55 (2013).

[23] Tan E., Ng S., Lim C., Tensile Testing of a Single Ultrafine Polymeric Fiber. Biomaterials, 26(13): 1453-6 (2005).

[24] Kharaziha M., Fathi M., Edris H., Development of Novel Aligned Nanofibrous Composite Membranes for Guided bone Regeneration. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 24: 9-20 (2013).

[25] Siqueira L.d., Passador F.R., Lobo A.O., Trichês E.D.S., Morphological, Thermal and Bioactivity Evaluation of Electrospun PCL/β-TCP Fibers for Tissue Regeneration. Polímeros, 29(1): (2019).

[26] Rajzer I., Dziadek M., Kurowska A., Cholewa-Kowalska K., Ziąbka M., Menaszek E., et al. Electrospun Polycaprolactone Membranes with Zn-Doped Bioglass for Nasal Tissues Treatment. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 30(7): 1-11 (2019).

[27] Fujihara K., Kotaki M., Ramakrishna S., Guided bone Regeneration Membrane Made of Polycaprolactone/Calcium Carbonate Composite Nano-Fibers. Biomaterials, 26(19): 4139-4147 (2005).

[28] Hassan M.I., Sun T., Sultana N., Fabrication of Nanohydroxyapatite/Poly [Caprolactone] Composite Microfibers using Electrospinning Technique for Tissue Engineering Applications. Journal of Nanomaterials, (2014).

[29] Yoshikawa H., Myoui A., Bone Tissue Engineering with Porous Hydroxyapatite Ceramics. Journal of Artificial Organs, 8(3): 131-136 (2005).

[30] فرخ‌زاده م.، کورکی ه.، مروری بر برق‌ریسی و کنترل ریزساختار مش‌های بی‌بافت و کاربردهای آن. علوم و فناوری نساجی (1)7: 47 تا 61 (1397).

[31] مپیشین م.، گودرزنیا آ.، بررسی اثر دما، رطوبت و نانوذره سیلیس بر ریخت شناسی و تخلخل سطحی الیاف پلی استایرن الکتروریسی شده. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)38: 79 تا 87 (1398).

[32] Yener, Fatma, Jirsak O, Gemci R. Using A Range of PVB Spinning Solution to Acquire Diverse Morphology for Electrospun Nanofibres. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 31(4): 49-58 (2012).

[33] فرخ‌زاده م.، کورکی ه.، بررسی ریز ساختار داربست زیستی متشکل از نانوالیاف پلی‌وینیل الکل از داده‌های کلی. نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)40: 49 تا 59 (1400).

[34] Amith V., Sridhar R., Angadi G., H.N. N.M., A Comprehensive Review Summarizing the Effect of Electrospinning Parameters and Potential Applications of Nanofibers. Journal of Nanoscience Nanoengineering and Applications, 9(3): 1-6 (2019).

[35] Haider A., Haider S., Kang I.-K., A Comprehensive Review Summarizing the Effect of Electrospinning Parameters and Potential Applications of Nanofibers in Biomedical and Biotechnology. Arabian Journal of Chemistry, 11(8): 1165-1188 (2018).

[36] Rabionet M., Yeste M., Puig T., Ciurana J., Electrospinning PCL Scaffolds Manufacture for Three-Dimensional Breast Cancer Cell Culture. Polymers, 9(8): 328 (2017).

[37] Katsogiannis K.A.G., Vladisavljević G.T., Georgiadou S. Porous Electrospun Polycaprolactone [PCL] Fibres by Phase Separation. European Polymer Journal, 69: 284-295 (2015).

[38] Deitzel J.M., Kleinmeyer J., Harris D., Tan N.B., The Effect of Processing Variables on the Morphology of Electrospun Nanofibers and Textiles. Polymer, 42(1): 261-272 (2001).

[39] Almasi D., Abbasi K., Sultana N., Lau W.J., Study on TiO₂ Nanoparticles Distribution in Electrospun Polysulfone/TiO₂Composite Nanofiber. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 36(2): 49-53 (2017).