Skip to main content
SUPERVISOR
داریوش سمنانی (استاد راهنما) سیدعبدالکریم حسینی (استاد راهنما) سعید کرباسی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Parya Bahrami miyanaji
پریا بهرامی میانجی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Fabrication and characterization of functionalized chitosan-gelatin nanofibers by SWNTs–COOH for cartilage tissue engineering
Cartilage is a connective tissue that has little capabilities in restoration due to poor blood circulation and slow metabolism. Tissue engineering is an appropriate method for cartilage tissue regeneration due to its suitable morphological, physical, chemical, mechanical, and biological properties. Studies on electrospun gelatin/chitosan (CS/GEL) scaffolds have shown that even though this scaffold has its biological properties and good cellular behavior, it does not have the desired mechanical properties to be used in cartilage tissue engineering. Therefore, the present study examines the effect of single-walled carbon nanotubes functionalized by carboxyl groups ( HOOC-sTNWS( on CS/GEL scaffolds to improve the biological, physical, and mechanical properties of the scaffold the present study. The polymer solution was prepared by mixing the ratio of 29/29 (w/w) of chitosan solution 97(w/v) with gelatin solution 297(w/v), which are both solved in a solvent system of trifluoroacetic acid(TFA)/dichloromethane(DCM) with a ratio of 19/99 (v/v). the final concentration of the solution was 79%Wt (i.e. the weight percentage of the total weight of chitosan and gelatin in the solvent). First, chitosan-gelatin composite scaffolds were built under different electrospinning conditions. To evaluate the morphological structure and select the optimal electrospinning conditions, some scaffolds were made using scanning electron microscopy (SEM). Then SWNTs-COOH nanoparticles with 1 different weight concentrations of 902, 9092, and 77Wt (the ratio of the weight percentage concentration of the final solution, i.e. 797Wt) were added to the CS-GEL solution and subjected to ultrasonic conditions. Finally, the solutions obtained under optimal conditions were transformed into nanofiber composite scaffolds through the electrospinning method. The morphology of CS-GEL electrospun scaffolds containing different percentages of SWNTs-COOH nanoparticles was evaluated by field emission scanning electron microscopy (FESEM) to examine scaffold morphology, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was evaluated to confirm the presence of any materials, examine a possible interaction between them, identify intermolecular interaction between electrospun nanofiber scaffolding and material miscibility, Differential Scanning Calorimeter (DSC) was used to examine the thermal behavior of scaffold components and material miscibility, and Tensile test was performed to evaluate their mechanical strength. After crosslinking with glutaraldehyde (GTA) vapor, Electrospun scaffolds were placed under water contact angle (WCA) tests to evaluate hydrophilicity, degradation test to determine degradation process, cell viability (MTT) to evaluate cell biocompatibility and non-toxicity of scaffolds and cell cultures to evaluate the adhesion, growth and penetration of cells into the scaffold. Optimization of electrospinning solutions showed that when the voltage ratio applied to the electrospinning distance increases, the average diameter of CS-GEL nanofibers decreases to 222072 ± 728011 nm, and the diameter uniformity of nanofibers increases. Moreover, the analysis of FESEM images showed that the 344 average diameter of CS-GEL nanofibers decreases by adding COOH-SWNTs nanoparticles to the scaffold content and increases their percentage to 77 by weight of 228089 ± 72092 nm. All scaffolds had porosity higher than 697 in their first layer. The FTIR and DSC analysis showed the probable increase in bond formation or stronger bonds, as well as an increase in the miscibility of the material by adding SWNTs-COOH nanoparticles to the scaffold content. By adding and increasing the weight percentage of SWNTs-COOH to nanofiber scaffolds, the mechanical properties were improved so that the tensile strength increased almost 8 times in the sample containing the weight/volume concentration of 77. WCA image analysis also showed that the hydrophilicity of the samples has increased by adding SWNTs-COOH nanoparticles to the scaffold and an increase in its percentage. Based on the degradation rate of CS-GEL cross-linked scaffolds with different durations under GTA Vapor in buffersaline phosphate solution, the optimal cross-linking time of the scaffold was 2 hours. During the biodegradability period (99 days), the weight loss percentage of the scaffold was 28022 ± 90987, which was reduced to 12 ± 90627 by adding SWNTs-COOH nanoparticles and increasing its weight/volume percentage of concentration to 77. Cell compatibility testing also showed that the produced cell scaffolds were compatible and it was found that chondrocyte cells on nanofiber scaffolds had good adhesion and growth. Therefore, CS-GEL composite scaffolds containing the weight/volume percentage concentration of 77 of SWNTs-COOH nanoparticles can be a good option for cartilage tissue engineering due to their desirable properties
غضروف بافت همبندی است که توانایی ترمیم اندکی بهعلت خونرسانی پایین و سوخت و ساز کند دارد. روش مهندسی بافت به دلیل ویژگیهای مطلوب ریختشناسی، فیزیکی ، شیمیایی، مکانیکی، زیستی که ایجاد میکند برای بازسازی بافت غضروف مناسب است. مطالعات انجامشده روی داربستهای الکتروریسیشدهی کیتوسان-ژلاتین ) CS-GEL ( نشان داد که این داربست با وجود خواص بیولوژیکی و رفتار سلولی مناسب، خواص مکانیکی مطلوبی را برای کاربرد در مهندسی بافت غضروف ندارد. لذا در مطالعه حاضر با هدف بهبود خواص بیولوژیکی، فیزیکی و مکانیکی داربست، اثر افزودن نانولولههای کربنی تکدیواره عاملدار شده با گروه کربوکسیل ) SWNTs-COOH ( به داربست CS-GEL ( 26/ بررسی شد. با مخلوط کردن نسبت 26 w / w ) ( % محلول کیتوسان 7 v / w ( % ( با محلول ژلاتین 56 w/v ( که هر دو محلول در سیستم حلال تریفلئورواستیکاسید/دی- ( 96/ کلرومتان با نسبت 76 TFA/DCM : 76/96 ( حل شده و محلول پلیمری ساخته شد. غلظت نهایی محلول 96 % وزنی )منظور از درصد وزنی غلظت نهایی محلول؛ درصد وزنی مجموع وزن کیتوسان و ژلاتین در حلال است( به دست آمد. مسیر مطالعه با ساخت داربستهای کامپوزیتی کیتوسان-ژلاتین با شرایط الکتروریسی متفاوت شروع شد. داربستهای ساخته شده توسط میکروسکوپ الکترونیروبشی ) SEM ( بهمنظور بررسی ساختار ریختشناسی و انتخاب شرایط بهینه الکتروریسی ارزیابی شدند. سپس نانو ذرات SWNTs-COOH با سه درصد وزنی )نسبت به درصد وزنی محلول نهایی یعنی غلظت 96 6.72 % و 9% به محلول ، % درصد وزنی( 6.2 CS-GEL افزوده شده و تحت شرایط التراسونیک قرار گرفتند. در نهایت محلولهای بهدستآمده با شرایط بهینه توسط روش الکتروریسی به داربست کامپوزیتی نانوالیافی تبدیل شدند. داربستهای الکتروریسی شده CS-GEL حاوی درصدهای مختلف نانوذرات SWNTs-COOH توسط میکروسکوپ الکترون روبشی گسیل میدانی ) FESEM ( به منظور بررسی مورفولوژی داربست، دستگاه طیفسنجی با پرتو مادون قرمز به روش تبدیل فوریه ( FTIR ( به منظور تایید حضور هر یک از مواد، بررسی برهمکنش احتمالی بین آنها ، شناسایی تعامل بینمولکولی میان داربست نانوالیاف الکتروریسیشده و امتزاجپذیری مواد، دستگاه گرماسنجی روبشی تفاضلی ) DSC ( بهمنظور بررسی رفتار حرارتی اجزای داربست و امتزاجپذیری مواد، و آزمون کشش برای بررسی استحکام مکانیکی آنها مورد ارزیابی قرار گرفتند. داربستهای الکتروریسی شده بعد از کراسلینک شدن با بخار گلوتارآلدهید ) GTA ( تحت آزمونهای زاویه تماس با آب ( WCA ( برای بررسی میزان آبدوستی، تخریب برای بررسی چگونگی روند تخریب، زنده مانی سلولی ) MTT ( برای بررسی زیستسازگاری سلولی و عدم سمیت داربستها و کشت سلول به منظور بررسی چسبندگی، رشد و نفوذ سلولها به درون داربست مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج آنالیز بهینهسازی شرایط الکتروریسی ) SEM ( نشان داد که با افزایش نسبت ولتاژ اعمال شده به فاصله الکتروریسی مقدار متوسط قطر نانوالیاف CS-GEL 424.95 نانومتر کاهش یافته و یکنواختی قطری نانوالیاف افزایش مییابد. ± به 940.99 همچنین آنالیز تصاویر FESEM نشان داد متوسط قطر نانو الیاف CS-GEL با افزودن نانوذرات COOH-SWNTs به محتوای 502.07 نانومتر کاهش یافت. تمامی داربستها دارای تخلخل بالای 86 % در لایه ± داربست و افزایش درصد آنها تا 9% وزنی به 14.62 اول خود بودند. نتایج آنالیز FTIR و DSC نشاندهنده افزایش احتمال تشکیل پیوندها و یا مستحکمتر شدن پیوندهای تشکیلشده، همچنین افزایش امتزاجپذیری مواد با افزودن نانوذرات SWNTs-COOH به محتوای داربست بود. با افزودن و افزایش درصد وزنی SWNTs-COOH به داربستهای نانوالیافی خواص مکانیکی بهبود یافت بهطوری که در نمونه حاوی 9% وزنی این نانوذرات استحکام کششی تقریبا به 0 برابر افزایش یافت. همچنین آنالیز تصاویر WCA بیانگر این بود که میزان آبدوستی نمونهها با افزودن نانوذرات SWNTs-COOH به داربست و افزایش درصد آن افزایش پیدا کرد. با توجه به نتایج بررسی نرخ تخریب داربستهای CS-GEL کراسلینک شده با مدت زمانهای مختلف تحت بخار GTA در محلول بافرسالینفسفات، مدتزمان بهینه کراسلینک شدن داربست 4 20.55 % بود که با افزودن نانوذرات ± ساعت در نظر گرفته شد. در طی بازه زیستتخزیبپذیری ) 76 روز( درصد کاهش وزن داربست 6.60 SWNTs-COOH 95 % کاهش یافت. تست سلولسازگاری نیز بیانگر این بود که داربست- ± و افزایش درصد آن تا 9% وزنی به 6.85 های تولیدی سلولسازگار بودهاند و دیدهشد که سلولهای کندروسیت روی داربستهای نانولیفی دارای چسبندگی و رشد خوبی بودند. لذا داربستهای کامپوزیتی CS-GEL حاوی 9% وزنی نانوذرات SWNTs-COOH به دلیل خواص مطلوبی که دارند میتوانند گزینه مناسبی برای مهندسی بافت غضروف باشند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی