تهیه لایه های الیاف پلی اتیلن اکسید، کیتوسان با الکترواسپینینگ

فرایند الکترواسپینی یک زمینه تحقیقاتی گسترده در رشته نانو تکنولوژی در سالهای اخیر می باشد . که شامل یک روش ساده و چند کاربردی برای تولید الیاف فوق ظریف از مواد فراوان نظیر پلیمرها ، کامپوزیت ها و سرامیک ها می باشد . ریسندگی تجاری شامل تنها ریسندگی بر روی مقیاس میکرومتر می باشد اما الکترواسپینی می تواند بر روی مقیاس نانومتر عمل کند . بنابراین ، این روش برای تولید فیلترهای با عملکرد و کارایی بالا و ساختارهای  بیو مواد برای پیوندهای عروقی یا پوشش و پانسمان زخم و سایر کاربردها موثر باشد .

قابلیت کاهش زیستی ، قابلیت سازگاری ،‌پلیمرهای طبیعی یا سنتزی می تواند به عنوان ماتریس مورد استفاده قرار گیرد و سپس الکترواسپین برای تولید لایه های نانو ساختاری برای استفاده در ساختارهای مهندسی بافت مورد استفاده قرار می گیرد .

کیتوسان (chitosan) از کیتن گرفته شده است که (برخی از خواص آن شامل) قابلیت تجدید زیستی ، کاهش زیستی ، غیر آنتی ژنی و قابلیت سازگاری زیستی آن ثابت شده است وفراوانترین پلی ساکارید دوم در طبیعت بعد از سلولز می باشد .

کیتوسان یک آنتی بیوتیک است که سبب کاهش التهاب می شود ، منعقد کننده خون وتسکین دهنده درد ، پیش برنده التیام زخم و دارای سایر خواص سودمند دیگر می باشد .

کیتوسان در پانسمان زخم ، ساخت الیاف ، غذاهای بهداشتی و سیستم های تحویل دارد مورد استفاده قرار می گیرد که بر  اساس حلالیت آسان کیتوسان در اسید می باشد .

روش تهیه لایه های الیاف پلی اتیلن اکسید / کیتوسان (chitosan) بوسیله الکترواسپینی :

 مواد مورد نیاز شامل پلی اتیلن اکسید (PEO  ) کیتوسان (85٪ استیله شده) و مواد شیمیایی و واکنشگرها که همه محلول ها در درجه حرارت اتاق نگهداری می شوندمی باشد . همه آزمایشات الکترواسپین در درجه حرارت اتاق ودر هوا انجام می شد .

آماده سازی محلول های الکترواسپینی :

• PEO در آب دیونیزه شده (DW) و محلول DW – متانول و محلول DE – اتانول در غلظت ٪wt 4 حل می شود .
• PEO / کیتوسان ، در اسید استیک 1٪ همراه با محلول های متانول ،‌با میزان وزن های    (PEO / کیتوسان) ، 0 : 100 ، 20: 80 ، 40 : 60 ، 60:40 ،‌80 : 20 ، 100 : 0 حل می شود و در نهایت محلول های مخلوط شده در آزمایش الکترواسپینی مورد استفاده قرار می گیرند .

الکترواسپینینگ محلول :

آزمایشات الکترواسپینی همراه با دستگاههایی انجام می شود که از نظر پایه واساس مشابه با انواع مورد استفاده در مطالعات قبلی است . ولتاژ از طریق تماس سوزن فولادی ضد زنگ با منبع ولتاژ برای محلول فراهم می شود که برابر KVDC 10 بود ، و فاصله رسوب cm 15 (شکل بالا) میباشد.

 خواص :

میکروسکوپ الکترون اسکن (SEM) برای بررسی شکل شناسی سلولهای بافت شده بر روی الیاف نانو رشته ها بکارمی رود .

کشت سلول :

سلولهای استئوسارکوم (سرطان استخوان) (63 MG) برای ارزیابی اولیه اتصال انتقال بر روی رشته های الکتروسپونی PEO بکارمی رود . این سلولها ، به طور معمولی ، در متوسط dulbecco Eagles تعدیل شده حفظ می شوند که همراه با ml 100 سرم جنین گاوی      ml 10 پنی سیلیوم G ، استرپتومایسین سولفات ، ml  10 MEM آمینو اسیدهای غیر ضروری (NEAA) و ml 10 گلوتامین بود .

کشت سلولی در یک انکو باتور مرطوب در37 درجه سانتیگراد با 5درصد CO2 در هوا انجام می شود .

به دنبال 6 ساعت برای تمای در DMEM ، غشاء از صفحه یا پلیت جابجا می شود سپس در 95٪ – 50٪ اتانول دهیدراته آب زدایی شد که بااستفاده از دستگاه خشک کننده با نقطه حیاتی خشک شده و بوسیله SEM و میکروسکوپ اپتیمال (OM ) مشاهده می گردد .

نتایج :

انواع حلال های غشاء PEO :

PEO می تواند به حالت لایه ای الکتروسپونی شود (درآید) و به طور مستقیم د رآب            (7 : PH) حل شود . اگر چه ، قطر رشته های PEO چندین میکرومتر بودولی به طور پیوسته ، 2 حلال با تغییر پذیری بالا شامل متانول و اتانول جهت پیشرفت الکترواسپین اضافه شدند . 3    حلال (در بخش بعدی نشان داده شده) با غلظت های ٪ WT 4 (PEO) مورد استفاده قرار گرفتند .

از شکل 2 می توان دریافت که PEO در محلول DW – متانول حل می شود . که سبب تولید حباب های کمتر نسبت به سایر محلول ها می گردد و دارای ظرفیت اسپینی بیشتری می باشد . قطر رشته تقریباً nm 500 می باشد .

میزان حجم های متفاوت غشاء PEO / Chitosan :

کیتوسان / PEO در 1٪ اسید استیک همراه با WT 4٪ محلول متانول و میزان وزن های (کیتوسان / PEO) 0 : 100 ، 20 : 80 ، 40 : 60 ، 60: 40 ، 80 : 20 ، 100 : 0 حل      می شود .

عکس های حاصل از SEM (میکروسکوب الکترون اسکنی) دلالت بر این دارد که میزان وزن کیتوسان بالغ بر 50 ٪ می باشد ، حبابت های تشکیل شده و ظرفیت اسپینی غشاء کاهش می یابد . علاوه بر این غلظت حلال تحت تاثیر ساختارهای رشته ای می باشد همانند قطر غشاء که همراه با میزان وزن کیتوسان افزایش می یابد .

میدان ها الکتریکی مختلف در غشاءکیتوسان / PEO :

شکل 4 نشان دهنده تاثیر میدان های الکتریکی بر روی شکل شناس الیاف تحت شرایط اسپینی مخلوط شده می باشد . هنگامی که میدان الکتریکی برابر با cm / kv 4 ٪ بود ،‌غشاء کیتوسان / PEO اغلب بدون لیف بود . اگر چه ، همانند میدان الکتریکی افزایش یافته تا cm  / kv 6/0 ظرفیت اسپینی افزایش یافت .بنابراین تواناایی های اسپینی در فاصله نوک تا جمع کننده با مسافت های 10 و 15 سانتی متر در یک میدان الکتریک در 6 و 10 کیلو ولت مورد مقایسه قرار گرفت . هنگامی که فاصله نوک – تا – جمع کننده کمتر ازcm  10 بود ، میدان الکتریکی مشابهی نمی توانست الیاف را اسپین کند (شکل(c) 4 و(D) 4 ) چون فواصل کوتاهتر مانع از بخار کامل حلال می شوند .

کشت سلولی :

لایه های الکترواسپین PEO و PEO / کیتوسان (40 : 60) نمونه هایی از کشت های سلولی هستند . همانطور که از شکل 5 می تواند دریافت ،‌ نه PEO و نه PEo / کیتوسان مانع از سمیت زیستی نمی شوند ، ‌سلولها  می تواند در آنها رشد کند افزایش یابند و دارای یک توزیع یکپارچه می باشند که با افزایش در میزان وزن کیتوسانی هماهنگ است که نسبت به غشاء PEO بهتر می باشد .

شکل 6 ، فیلم PEO / کیتوسان را با غشاء الکتروسپونی تحت SEM مقایسه می کند . در غشاء الکتروسپونی ،‌سلولها دارای پاهای کاذب هستند ، اما بر روی فیلم ، سلولها به طور موثر اتصال نیافته اند و پاهای کاذب ناقص است .

ممکن است PEO در آب حل شود ، بنابراین به قطعاتی شکسته می شود که در شکل (A )6 نشان داده شده است . لایه های الکتروسپونی هنوز دارای ساختار الیاف کتین می باشد و سبب پیشرفت تولید پاهای کاذب د رسلولها می گردد . قرار گرفتن نا منظم رشته ها بر روی هم سبب ایجاد ساختار بهتری برای پیشرفت افزایش سلولها می گردد و پاهای کاذب در طول ساختار رشته ای رشد می کند .

نتیجه گیری:

تصاویر SEM نشان می دهد که قابلیت تغییر پذیری حلال الکتروسپینی سبب افزایش ظرفیت اسپینی لایه های اسپون می گردد . میزان مخلوط شده PEO / کیتوسان یکی از مهمترین عواملی است که شکل غشاءهای الکتروسپینی را تحت تاثیر قرار می دهد . درPEO / کیتوسان با میزان 40 :‌60 ، شکل شناسی لایه ها بصورت بصری بود و قطر رشته ها از nm 200 تا nm 30 کاهش یافت .

فاکتور مهم دیگر میدان الکتریکی بود ، مقدار اپتیمال در k 10 و m 15 برابر  با cm  / kv 6/0 بود . در کشت سلولی ، نه  PEO و نه غشاء کیتوسان / PEO مانع از سمیت زیستی نمی شد ، کیتوسان سبب پیشرفت افزایش سلولی می شد که این سلولها در تولید پاهای کاذب کمک می کرد . این آزمایش نشان می دهد که غشاهای PEO / کیتوسان سبب افزایش سلولها و قابلیت سازش زیستی می گردد .

     تهیه و تنظیم

محمد حکیم زاده

     رشته کارشناسی پیوسته – تکنولوژی نساجی