بررسی اثر عوامل موثر ساختاری فیلم هیدروژل نانوکامپوزیت پلی(وینیل الکل)/کیتوسان/پلی هدرال الیگومریک سیلسسکویی اکسان بر کنترل رهایش جنتامایسین سولفات جهت کاربرد در پوشش زخم

STUDENT

DEGREE

YEAR

The aim of this thesis is the investigation of drug release potential of poly(vinyl alcohol) (PVA)/chitosan(CS)/polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) nanocomposite hydrogels which is crosslinked by gamma irradiation. Regarding this goal, the effect of type, amount of nanoparticles, and irradiation dose on the microstructure, properties and drug release of the nanocomposite was studied. A series of casted films from aqueous solution of PVA/CS/POSS were prepared. Weight ratio of PVA/CS kept constant (90:10) and various contents of hydrophilic POSS (1, 3 and 5% wt.) and amphiphilic POSS (0.5, 1.5 and 2.5 % wt) were used, respectively. The films were dried, irradiated at doses (20-40 kGy), followed by annealing in an oven. In the first step, the effects of POSS contents and irradiation doses on physical properties of all samples were investigated. The result indicated that at all doses, the gel content and the tensile strength of the hydrogels decreased, while swelling and elongation at break increased with increase in hydrophilic nanoparticle content. Water vapor transition rate(WVTR) of the samples improved with hydrophilic POSS incorporation and decreased with increase in irradiation dose. The gel content increased as the amount of amphiphilic nanoparticles increased up to 1.5 wt%, followed by a decrease at 2.5wt%. The water absorption, tensile strength and elongation at break decreased with increasing amount of amphiphilic POSS. At 0.5 and 1.5 wt% of amphiphilic nanoparticle, at all irradiation doses, the WVTR of the samples was enhanced and decreased at 2.5wt%. In the second step, samples with the suitable physical properties for wound dressing application were selected, characterized, and their release of gentamicin sulfate was investigated. Drug release profiles from hydrophilic nanocomposite hydrogel can be divided into three stages: the burst release during the initial 3-4h period, the increasing release rate during the 3–12-h period, and the nearly constant release rate during the 12–24-h period. The drug release profile obtained for the amphiphilc nanocomposites showed a burst effect, followed by a relatively slow release. A Fickian diffusion mechanism was found for the drug release from hydrophilic and amphiphic samples. The samples contained 3 wt % of hydrophilic POSS or 0.5 wt% of amphiphilic POSS and irradiated at 30kGy were cytocompatible and exhibited antibacterial activity. Key words: Polyvinyl alcohol, Nanocomposite hydrogel, Drug delivery, POSS, Gamma irradiation

در پی افزایش جمعیت و صنعتی شدن جوامع انسانی، تقاضای جهان برای انرژی به سرعت در حال افزایش است. در حال حاضر حدود 88 درصد از این تقاضا به وسیله ی سوخت های فسیلی تجدیدناپذیر از قبیل گاز طبیعی، نفت و زغال سنگ تأمین می گردد. در طی قرن بیستم مصرف انرژی حدود 13 برابر افزایش یافته، که سریع تر از سرعت افزایش جمعیت انسان است. به دلیل مصرف روزافزون پیش بینی می گردد، برخی از این منابع به اتمام برسند. از طرف دیگر با افزایش دغدغه های مربوط به تولید گازهای گلخانه ای و تغییرات آب و هوایی، تحقیقات در مورد استفاده از انرژی های تجدیدپذیر از اهمیت زیادی برخوردار شده است. استفاده از انرژی تولید شده از منابع زیست توده از جمله گزینه های مناسب برای جایگزینی منابع سوختی فسیلی محسوب می گردد. به روش‌های گوناگونی انرژی زیست توده مورد استفاده قرار می‌گیرد. سوزاندن، تولید بیواتانول، تولید گاز مصنوعی با روش های ترمو شیمیایی و گاز زیستی از جمله روش‌های متداول استفاده از انرژی زیست توده است. گاز زیستی به عنوان یکی از این انواع، از تجزیه و تخمیر زباله‌ها و سایر زائدات کشاورزی، فضولات انسانی و حیوانی و فاضلاب های صنعتی با تولید گاز متان به‌دست می‌آید. طی این فرآیند، خروجی از هاضم پس از آب زدایی و بالا بردن میزان جامدات به خوراک دام و یا کود کشاورزی تبدیل می گردد. بیواتانول به عنوان یک سوخت زیستی مایع، جایگزین مناسبی برای بنزین محسوب می گردد. قابلیت اختلاط بیواتانول با بنزین و پتانسیل بالای تولید انرژی توسط این سوخت تجدید پذیر توجه ها را به سمت آن جلب کرده است. امروزه استفاده از مواد لیگنوسلولزی به عنوان خوراک فرآیند تولید بیواتانول و بیوگاز با توجه به قیمت پایین آن و مشکلات محیط زیستی ناشی از رها کردن این مواد در طبیعت از اهمیت زیادی برخوردار است. اما استفاده از این خوراک به صورت مستقیم امکان پذیر نیست و نیاز است قبل از ورود به فرآیند تولید بیوگاز و بیواتانول پیش فرآوری صورت پذیرد. در قسمت اول این پژوهش سعی شده است از اسیدهای آلی به منظور پیش فرآوری کاه برنج به عنوان یک سوبسترای لیگنوسلولزی استفاده گردد. استفاده از اسیدهای آلی باعث کاهش مشکلات محیط زیستی و همچنین مناسب تر شدن ترکیب جریان خروجی برای استفاده به عنوان خوراک دام و کود می گردد. از طرفی برای اولین بار مایع خروجی راکتور بیوگاز (مایع مخلوط میکروبی) برای پیش فرآوری کاه برنج مورد استفاده قرار گرفته است. طی نتایج به دست آمده لاکتیک اسید در مقایسه با سه اسید آلی دیگر (استیک اسید، بوتیریک اسید و پروپیونیک اسید) توانایی بهتری برای در هم شکستن ساختار کاه برنج داشت. پیش فرآوری به کمک لاکتیک اسید 4 درصد در دمای 140 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه باعث افزایش غلظت قند تولیدی در فرآیند هیدرولیز آنزیمی از 9/6 گرم بر لیتر به 5/14 گرم بر لیتر شد. میزان اتانول تولیدی پس از پیش فرآوری در این شرایط از 2/5 گرم بر لیتر به 7/9 گرم بر لیتر افزایش یافت. کاه برنج فرآوری شده به کمک مایع مخلوط میکروبی در دمای 140 درجه سانتی گراد نیز غلظت قند آزاد شده را به 10 گرم بر لیتر و غلظت اتانول تولیدی را به 7/7 گرم بر لیتر افزایش داد. در قسمت دوم این پژوهش، پیش فرآوری با استفاده از مایع مخلوط میکروبی و آب در سه دمای مختلف (160،130و 190 درجه سانتی گراد) و دو زمان متفاوت(30 و 60 دقیقه) بررسی شد. بازده هیدرولیز آنزیمی و بیواتانول برای کاه برنج خام به ترتیب برابر با 9/37 و 7/28 درصد بود. بازده هیدرولیز آنزیمی و اتانول برای کاه برنج فرآوری شده به کمک مایع مخلوط میکروبی در دمای 190 درجه و به مدت 30 دقیقه به ترتیب به 6/72 و 7/70 درصد افزایش یافت. بیومتان تولیدی از سوبسترای اولیه طی فرآیند هضم بی هوازی مرطوب و خشک برابر با 194 میلی لیتر به ازای گرم جامد فرار و 150 میلی لیتر به ازای جامد فرار اندازه گیری شد. بیشینه بیومتان تولیدی مربوط به کاه فرآروی شده با مایع مخلوط میکروبی در دمای 190 درجه سانتی گراد و به مدت 30 دقیقه بود. میزان متان تولیدی از کاه فرآوری شده در این شرایط بعد از هضم بی هوازی طی فرآیند مرطوب و خشک به ترتیب برابر با 240 میلی لیتر و 190 میلی لیتر متان به ازای هر گرم جامد فرار اندازه گیری شد. کلمات کلیدی: 1- ترکیبات لیگنوسلولزی 2-پیش فرآوری اسید آلی 3- بیوگاز 4- بیواتانول 5- هیدرولیز آنزیمی

SUPERVISOR

STUDENT

FACULTY - DEPARTMENT

DEGREE

YEAR

TITLE