ساخت و طراحی زخم پوش های نانولیفی حاوی نانوفیبریل های کیتوسان-روی سنتز شده

چکیده طرح

پوست بزرگترین اندام بدن است و عملکرد اولیه آن حفاظت از اعضای بدن مانند یک سد در برابر عوامل خارجی است. سایر عملکردهای مهم پوست شامل عبور و مرور اکسیژن و مواد و حفاظت از لایه های زیرین می باشد. از دست رفتن بخش های بزرگی از پوست به دلیل آسیب دیدگی یا بیماری سبب ناتوانی یا حتی مرگ فرد می شود. بنابراین، ایجاد جایگزین های پوستی مناسب در یک مدت زمان مشخص و کوتاه جهت ترمیم به موقع و مدیریت زخم های بزرگی مانند سوختگی، بستر و دیابتی ضروری است. استفاده از مواد زیست سازگار و زیست تخریب پذیری مانند پلیمر طبیعی کیتوسان در ساخت جایگزینهای پوستی از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین کیتوسان به شکل ژل نانوفیبریلی تهیه شد تا بتوان آن را در ساختار محلولهای پلیمری به راحتی بارگذاری نمود. از طرف دیگر با ترکیب نمودن ژل کیتوسان با نانوذرات اکسید روی با مقادیر مختلف سعی گردید که خواص آنتی بالکتری زیاد و خاصیت محافظت در برابر اشعه ماورا بنفش ایجاد گردد. و در نهایت ساختار کیتوسان نانوفیبریلی-نانوذرات اکسید روی در بستر نانوالیاف نهایی بارگذاری شدند تا یک ساختار نانولیفی مناسبی تهیه شود.. در این طرح سعی گردید که از روش الکتروریسی هیبریدی به منظور تولید الیاف مرکب استفاده گردد. به این منظور در یک طرف محلول پلیمری پروتئینی به همراه نانوفیبریلهای کیتوسان-نانوذرات اکسید روی و در طرف دیگر محلول پلیمری جهت دادن استحکام به داربست تهیه شده در محیط آبی بدن بارگذاری گردید. مهمترین هدف این پروژه تولید داربست های مناسب بر پایه پلیمرهای زیست سازگار بارگذاری شده با نانوفیبریلهای کیتوسان-اکسید روی می باشد. پیش بینی می شود که استفاده از نانوفیبریل کیتوسان در کنار اکسید روی فعالیت ضد باکتریایی را تشدید نموده و از طرفی حضور کیتوسان میزان سمیت اکسید روی را نیز کاهش می دهد. ترکیبات کیتوسان-اکسید روی با مقادیر مختلف سنتز شده و در ساختار داربست به کار گرفته خواهند شد. استفاده از این ترکیب در ساختار نانوالیاف می تواند به آن خواص بیولوژیکی و ضد میکربی مناسبی بداده و علاوه بر ترغیب رشد سلولی، جلوی عفونت را بگیرد. از طرفی سعی خواهد گردید که از یک پلیمر طبیعی با صرفه اقتصادی نظیر کراتین در ساختار استفاده شود. از آنجایی که در ساختار خود پوست این ترکیبات به وفور یافت می شوند استفاده از این پلیمر کمک شایانی در تقلید زیستی این ترکیب خواهد نمود. این ترکیب زیستی تقلید کننده پوست، از الکتروریسی مخلوط چند پلیمر طبیعی و مصنوعی بدست می آید و تلفیقی از ویژگی های منحصربه فرد کیتوسان چون ضد میکروبی، زیست سازگاری و … با ویژگی های نانوالیاف چون نسبت سطح به حجم بالا، تخلخل، قابلین عبور و مرور اکسیژن و… می باشد

اهداف

۱- تهیه زخم پوش با استفاده از ساختار نانولیفی کراتین-پلی وینیل الکل و پلی لاکتیک اسید بارگذاری شده با نانوفیبریلهای کیتوسانی و نانوذرات اکسید روی بارگذاری به روش الکتروریسی همزمان، در حقیقت هدف اصلی این طرح، ساخت زخم پوشی ایده آل جهت ترمیم زخم می باشد که بتواند تقلید مناسبی از پوست داشته تا فزایند ترمیم تسریع گردد.

۲- دادن خصوصیات آنتی باکتریال به زخم پوش، از آنجایی که زخم پوش باید جلوی عفونت و رشد باکتری را بگیرد یکی از مهمتری ویژگی ها که بایستی بررسی شود، مقاومت در برابر رشد باکتری و نابودی ان می باشد.

۳- از آنجایی که زخم پوش باید توانایی محافظت از سلول و بافت را داشته باشد آزمون زیست سازگاری بر رو ی سطح زخم پوش در مقیاس in-vitro انجام خواهد گرفت

۴- اندازه گیری خصوصیات مقاومت در برابر تنش های اعمالی، بکارگیری راحت‌‌‌تر و باقی ماندن زخم پوش ها در محل در محیط زخم نیز از جمله اهداف مورد بررسی است.

۵- بررسی اضافه نمودن ژل های نانوفیبریلی کیتوسان بر روی قابلیت ترمیم زخم پوش، به این منظور ساختارهای نانوفیبریل کیتوسان، نانوفیبریل کیتوسان-اکسید روی با غلظت های مختلف (۱:۱)، (۲:۱)، (۱:۲) سنتز شدند.

۶- بررسی خصوصیات مورفولوژیکی نظیر قطر، یکنواختی الیاف، بررسی شکل تخلخل ها نیز مهم بوده که برای بررسی آنالیز SEM استفاده خواهد شد.

شرح طرح و دستاوردها به زبان مردمی

از دست رفتن بخش های بزرگی از پوست به دلیل آسیب دیدگی یا بیماری سبب ناتوانی یا حتی مرگ فرد می شود. بنابراین، ایجاد جایگزین های پوستی مناسب در یک مدت زمان مشخص و کوتاه جهت ترمیم به موقع و مدیریت زخم های بزرگی مانند سوختگی، بستر و دیابتی ضروری است. استفاده از مواد زیست سازگار و زیست تخریب پذیری مانند پلیمر طبیعی کیتوسان در ساخت جایگزینهای پوستی از اهمیت زیادی برخوردار است. بنابراین کیتوسان به شکل ژل نانوفیبریلی تهیه شد تا بتوان آن را در ساختار محلولهای پلیمری به راحتی استفاده نمود. ژلهای نانوفیبریلی به دلیل نسبت سطح به حجم بالا کارایی بالایی را در فعالیت های بیولوژیکی نشان داده و قابلیت انحلال در حلال های آبی را نیز می توانند داشته باشند. از طرف دیگر با ترکیب نمودن ژل کیتوسان با نانوذرات اکسید روی با مقادیر مختلف سعی گردید که خواص آنتی بالکتری زیاد ایجاد گردد. و در نهایت ساختار کیتوسان نانوفیبریلی-نانوذرات اکسید روی در بستر نانوالیاف نهایی بارگذاری شدند تا یک ساختار نانولیفی مناسبی تهیه شود.. در این طرح، تولید داربستهای هیبریدی نانولیفی شامل پلی لاکتیک اسید ( PLA ) و کراتین/پلی ونیل الکل ( K/PVA ) به عنوان اجزای اصلی و نانوفیبریل کیتوسان ( CHNF )/نانوذرات اکسید روی (ZnONPs) (CSZ) به عنوان عنصر نانوپرکننده با استفاده از روش الکتروریسی دو نازله مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار بهینه ترکیب CSZ در ابتدا بر روی نمونه PLA با استفاده از طراحی آزمایش تاگوچی با تغییر دادن فاکتورهای غلظت PLA ، غلظت CSZ و ترکیب درصد به دست آمد سپس مقدار بهینه (% wt 10) به دست آمده با قطر الیاف تولیدی در حدود nm 38/345، زاویه تماس ° ۱۰۱ در نمونه هیبریدی استفاده گردید. برای تهیه نمونه های ترکیبی، محلول PLA از یک نازل و محلول K/PVA از نازل دیگری (با نسبت ترکیب ۵۰:۵۰) به همراه یکی از ترکیب‌های CHNF ، (2:1)CSZ، (۱:۱) و (۱:۲) تولید شد و نانوالیاف PLA/CSZ-K/PVA/CSZ بر روی یک جمع کننده‌ی استوانه ای تولید شدند. افزودن مقدار CHNF و ZnONPs در ترکیب CSZ ، قطر نانوالیاف تولیدی را کاهش داد. همچنین، بیشترین آب‌دوستی برای نمونه K/PVA/CS-PLA/CS با زاویه‌ی تماس ° ۳ ± ۴۳ مشاهده گردید. بررسی خصوصیات مکانیکی نشان داد که با افزایش CHNF به K/PVA-PLA ، استحکام کششی و مدول افزایش یافتند ولی ازدیاد طول تا حد پارگی در مقایسه با نمونه K/PVA-PLA کاهش یافت. نمونه (۲:۱)- PLA/CSZ(2:1)K/PVA/CSZ به دلیل داشتن قطر، مورفولوژی و خاصیت ترشوندگی مناسب، ازدیاد طول در حد پارگی در حدود % ۸/۳ ± ۴۶/۵۱ به عنوان نمونه بهینه، جهت انجام ادامه‌ی آزمایش‌ها انتخاب شد. نتایج DSC نیز نشان داد که برای ساختار (۱:۲) PLA/CSZ-(1:2)K/PVA/CSZ پیک‌های مربوط به دمای ذوب PLA و PVA به دمای بالاتر انتقال یافتند. به طورکلی، نانوالیاف (۲:۱) PLA/CSZ-(2:1)K/PVA/CSZ با قطر nm 31±50/352، زاویه‌ی تماس ° ۳ ± ۴۸، استحکام کششی MPa 18/0 ± ۹۶/۰ به عنوان داربستی مناسب انتخاب گردید که توانایی بالایی در مهار رشد باکتری های گرم مثبت اشریشیاکلی و گرم منفی استافیلوکوکوس اورئوس نشان داده و همچنین سلولهای فیبروبلاست گستردگی و پهن شوندگی زیادی بر روی این ساختار نشان داده و زیست سازگاری را افزایش دادند، که کاندید مناسبی برای ترمیم زخم می‌باشد.