ساخت و بررسی خواص فیزیکی و سلولی فیلم‌های نانوکامپوزیتی بر پایه پلی ال-لاکتیک اسید حاوی نانو‌لوله‌های کربنی هپارینه شده جهت استفاده در ترمیم ضایعات عصب

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 9، دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 46، آذر 1397، صفحه 103-119   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

شکوفه مونسی راد¹؛ محمد تقی خراسانی^{* 2}؛ مرتضی دلیری جوپاری³

¹فارغ التحصیل دکتری تخصصی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، دانشکده مهندسی پزشکی (گروه بیومتریال)، تهران، ایران

²دانشیار، گروه بیومتریال، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران، ایران

³استادیار، گروه زیست فناوری دام و آبزیان، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

چکیده

هدف از انجام این تحقیق، ساخت فیلم های نانوکامپوزیتی بر پایه پلی ال-لاکتیک اسید حاوی نانولوله های کربنی جهت استفاده در ترمیم ضایعات عصب است. برای ساخت فیلم های نانوکامپوزیتی از روش تبخیر حلال و برای دستیابی به پخش مطلوب نانولوله کربنی در زمینه نیز از امواج فرا صوتی و عمل هپارینه کردن نانولوله ها استفاده شد. اثر پارامترهای مختلف: نوع و درصد نانولوله کربنی، روی مورفولوژی فیلم ها با استفاده از میکروسکوپی الکترونی روبشی مورد مطالعه قرار گرفت. چگونگی پخش و توزیع نانولوله های کربنی در زمینه با استفاده از میکروسکوپی الکترونی عبوری بررسی شد. برای بررسی میزان آب دوستی فیلم ها از اندازه گیری زاویه تماس با آب و برای اندازه گیری بارسطحی از آزمون زتا پتانسیل استفاده شد. مطالعات درون تنی نیز به مدت دو هفته با استفاده از کشت سلول های 19 P موشی و تمایز آنها به سلول های عصبی بر روی فیلم ها انجام شد و با استفاده از میکروسکوپی الکترونی روبشی و آزمون ایمونوفلوئورسانس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعات مربوط به فیلم ها حاکی از خواص مطلوب فیلم های حاوی نانولوله کربنی هپارینه شده جهت استفاده درترمیم بافت عصب و قابلیت این فیلم ها برای تمایز و رشد سلول های عصبی می باشد.

کلیدواژه‌ها

ترمیم عصب؛ نانولوله کربنی؛ پلی ال-لاکتیک اسید؛ هپارین

مراجع

 

[1]     O. Akhavan, E. Ghaderi, E. Abouei, S. Hatamie & E. Ghasemi, “Accelerated differentiation of neural stem cells into neurons on ginseng-reduced graphene oxide sheet”, Carbon, Vol. 66, pp. 395-, 2014.

 

[2]     G. Gkikas, N. M. Barkoula & A. Paipetis, “Effect of dispersion conditions on the thermo-mechanical and toughness properties of multi walled carbon nanotubes-reinforced epoxy”, Composites Part B: Engineering, Vol. 43, pp. 2697-2705, 2012.

 

[3]     F. H. Gojny, M. H. Wichmann, B. Fiedler, W. Bauhofer & K. Schulte, “Influence of nano-modification on the mechanical and electrical properties of conventional fibre-reinforced composites”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 36, pp. 1525-1535, 2005.

 

[4]     H. Miyagawa & L. T. Drzal, “Thermo-physical and impact properties of epoxy nanocomposites reinforced by single-wall carbon nanotubes”, Polymer, Vol. 45, pp. 5163-5170, 2004.

 

[5]     D. Shi, J. Lian, P. He, L. Wang, F. Xiao, L. Yang, M. J. Schulz & D. B. Mast, “Plasma coating of carbon nanofibers for enhanced dispersion and interfacial bonding in polymer composites”, Applied Physics Letters, Vol. 83, pp. 5301-5303, 2003.

 

[6]     E. T. Thostenson & T. W. Chou, “Processing-structure-multi-functional property relationship in carbon nanotube/epoxy composites”, Carbon, Vol 44, pp. 3022-3029, 2006.

 

[7]     L. Belyanskaya, S. Weigel, C. Hirsch, U. Tobler, H. F. Krug & P. Wick, “Effects of carbon nanotubes on primary neurons and glial cells”, Neurotoxicology, Vol. 30, pp. 702-711, 2009.

 

[8]     Eitan, F. Fisher, R. Andrews, L. Brinson & L. Schadler, “Reinforcement mechanisms in MWCNT-filled polycarbonate”, Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 1162-1173, 2006.

 

[9]     F. Inam, A. Heaton, P. Brown, T. Peijs & M. J. Reece, “Effects of dispersion surfactants on the properties of ceramic–carbon nanotube (CNT) nanocomposites”, Ceramics International, Vol. 40, pp. 511-516, 2014.

 

[10] J. Ning, J. Zhang, Y. Pan & J. Guo, “Surfactants assisted processing of carbon nanotube-reinforced SiO 2 matrix composites”, Ceramics International, Vol. 30, pp. 63-67, 2004.

 

[11] G. D. Zhan, J. D. Kuntz, J. E. Garay & A. K. Mukherjee, “Electrical properties of nanoceramics reinforced with ropes of single-walled carbon nanotubes”, Applied Physics Letters, Vol. 83, pp. 1228-1230, 2003.

 

[12] M. A. Herrero, L. Lacerda, A. Bianco, K. Kostarelos & M. Prato, “Functionalised carbon nanotubes: high biocompatibility with lack of toxicity”, International Journal of Nanotechnology, Vol. 8, pp. 885-897, 2011.

 

[13] M. C. Serrano, M. C. Gutiérrez & F. Del Monte, “Role of polymers in the design of 3D carbon nanotube-based scaffolds for biomedical applications”, Progress in Polymer Science, Vol. 39, pp. 1448-1471, 2014.

 

[14] P. Wick, P. Manser, L. K. Limbach, U. Dettlaff-Weglikowska, F. Krumeich, S. Roth, W. J. Stark & A. Bruinink, “The degree and kind of agglomeration affect carbon nanotube cytotoxicity”, Toxicology letters, Vol. 168, pp. 121-131, 2007.

[15] J. Gao, W. Li, H. Shi, M. Hu & R. K. Li, “Preparation, morphology, and mechanical properties of carbon nanotube anchored polymer nanofiber composite”, Composites Science and Technology, Vol..92, pp. 95-102, 2014.

 

[16] J. Kathi & K. Rhee, “Surface modification of multi-walled carbon nanotubes using 3-aminopropyltriethoxysilane”, Journal of Materials Science, Vol. 43, pp. 33-37, 2008.

 

[17] S. Prolongo, M. Burón, M. Gude, R. Chaos-Morán, M. Campo & A. Urena, “Effects of dispersion techniques of carbon nanofibers on the thermo-physical properties of epoxy nanocomposites”, Composites Science and Technology, Vol. 68, pp. 2722-2730, 2008.

 

[18] Z. Z. Zhu, Z. Wang & H. L. Li, “Functional multi-walled carbon nanotube/polyaniline composite films as supports of platinum for formic acid electrooxidation”, Applied Surface Scienc, Vol. 254, pp. 2934-2940, 2008.

 

[19] M. S. Konsta-Gdoutos, Z. S. Metaxa & S. P. Shah, “Highly dispersed carbon nanotube reinforced cement based materials”, Cement and Concrete Research, Vol. 40, pp. 1052-1059, 2010.

 

[20] Y. Y. Huang & E. M. Terentjev, “Dispersion of carbon nanotubes: mixing, sonication, stabilization, and composite properties”, Polymers, Vol. 4, pp. 275-2, 2012.

 

[21] Nimmagadda, K. Thurston, M. U. Nollert & P. S. McFetridge, “Chemical modification of SWNT alters in vitro cell‐SWNT interactions”, Journal of Biomedical Materials Research Part A, Vol. 76, pp. 614-625, 2006.

 

[22] S. Murugesan, T. J. Park, H. Yang, S. Mousa & R. J. Linhardt, “Blood compatible carbon nanotubes-nano-based neoproteoglycans”, Langmuir, Vol. 22, pp. 3461-3463, 2006.

 

[23] X. Chen, U. C. Tam, J. L. Czlapinski, G. S. Lee, D. Rabuka, A. Zettl & C. R. Bertozzi, “Interfacing carbon nanotubes with living cells”, Journal of the American Chemical Society, Vol. 128, pp. 6292-629, 2006.

 

[24] E. B. Malarkey, K. A. Fisher, E. Bekyarova, W. Liu, R. C. Haddon & V. Parpura, “Conductive single-walled carbon nanotube substrates modulate neuronal growth”, Nano letters, Vol. 9, pp. 264-268, 2008.

 

[25] T. Crouzier, A. Nimmagadda, M. U. Nollert & P. S. McFetridge, “Modification of single walled carbon nanotube surface chemistry to improve aqueous solubility and enhance cellular interactions”, Langmuir, Vol. 24, pp. 13173-13181, 2008.

 

[26] T. J. Park, Y. S. Kim, T. Hwang, P. Govindaiah, S. W. Choi, E. Kim, K. Won, S. H. Lee & J. H. Kim, “Preparation and characterization of heparinized multi-walled carbon nanotubes”, Process Biochemistry, Vol. 47, No. 1, pp. 113-118, 2012.

 

[27] R. Linhardt & I. Capila, “Heparin-protein interactions”, Angew. Chem., Int. Ed, Vol. 41, pp. 390-412, 2002.

 

[28] S. H. Mounesi Rad, M. T. Khorasani, & M. Daliri Joupari, “Preparation of HMWCNT/PLLA nanocomposite scaffolds for application in nerve tissue engineering and evaluation of their physical, mechanical and cellular activity properties”, Polymers for Advanced Technologies, Vol. 27, No. 3, pp. 325-338, 2015.

 

[29] M. Rudnicki, “Cell culture methods and induction of differentiation of embryonal carcinoma cell lines, Teratocarcinomas and embryonic stem cells: a practical approach”, pp. 19-49, 1987.

 

[30] Thess, R. Lee, P. Nikolaev, H. Dai, P. Petit, J. Robert, C. Xu, Y. H. Lee, S. G. Kim & A. G. Rinzler, “Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes”, Science-AAAS-Weekly Paper Edition, Vol. 273, pp. 483-487, 1996.

 

[31] X. Y. Xu, X. T. Li, S. W. Peng, J. F. Xiao, C. Liu, G. Fang, K. C. Chen & G. Q. Chen, “The behaviour of neural stem cells on polyhydroxyalkanoate nanofiber scaffolds”, Biomaterials, Vol. 31, pp. 3967-3975, 2010.

 

[32] Liu, Q., et al., “Preparation, properties and cytotoxicity evaluation of a biodegradable polyester elastomer composite”, Polymer Degradation and Stability, Vol. 94, No. 9, pp. 1427-1435, 2009.

 

[33] G. D. Guerra, N. Barbani, M. Gagliardi, E. Rosellini & C. Cristallini, “Chitosan-based macromolecular biomaterials for the regeneration of chondroskeletal and nerve tissue”, International Journal of Carbohydrate Chemistry, Vol. 2011, 2011

 

[34] K. Takahashi, R. Shizume, K. Uchida & H. Yajima, “Improved blood biocompatibility of composite film of chitosan/carbon nanotubes complex”, Journal of biorheology, Vol. 23, pp. 64-71, 2009.

 

[35] Z. Yang, Z. Cao, H. Sun & Y. Li, “Composite films based on aligned carbon nanotube arrays and a poly (N-isopropyl acrylamide) hydrogel”, Advanced Materials -Deerfield Beach THEN Weinheim, Vol. 20, pp. 2201-2205, 2008.

 

[36] S. Stankovich, D. A. Dikin, G. H. Dommett, K. M. Kohlhaas, E. J. Zimney, E. A. Stach, R. D. Piner, S. T. Nguyen & R. S. Ruoff, “Graphene-based composite materials”, Nature, Vol. 442, pp. 282-286, 2006.

 

[37] B. Rai, L. Grøndahl & M. Trau, “Combining chemistry and biology to create colloidally stable bionanohydroxyapatite particles: toward load-bearing bone applications”, Langmuir, Vol. 24, pp. 7744-7749, 2008.

 

[38] E. A. Vogler, “Structure and reactivity of water at biomaterial surfaces”, Advances in colloid and interface science, Vol. 74, pp. 69-117, 1998.

 

[39]    م. ر. فروغی، س. کرباسی، ر. ابراهیمی کهریزسنگی و ع. سعادت، "ارزیابی خواص فیزیکی داربست کامپوزیت نانوکریستال هیدروکسی آپاتیت / پلی هیدروکسی بوتیرات برای کاربرد در مهندسی بافت استخوان"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره2، صفحه 60-51، تابستان 1391.

 

[40]    م. ارسطویی و ع. دوست محمدی، "ساخت و مشخصه یابی داربست تیتانیومی متخلخل پوشش داده شده با آکرمانیت"، فصلنامه علمی- پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، شماره 2، صفحه 98-87، تابستان 1396.

 

[41] Y. Luo, S. Wang, M. Shen, R. Qi, Y. Fang, R. Guo, H. Cai, X. Cao, H. Tomás & M. Zhu, “Carbon nanotube-incorporated multilayered cellulose acetate nanofibers for tissue engineering applications”, Carbohydrate polymers, Vol. 91, pp. 419-427, 2013.