SUPERVISOR
Saied Nouri-Khorasani
سعید نوری خراسانی (استاد راهنما)
STUDENT
Narges Mazahery
نرگس مظاهری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Synthesis and Investigating Physico-Mechanical Properties and Degradation Behavior of Poly(glycerol-sebacate) (PGS) Scaffold for Retinal Stem Cell Using Electerospining Technique
These days, nanofibrous materials are gaining great application in biomedical fields, including drug release device, tissue regeneration matrices and tissue engineering. For tissue regeneration, composite nanofibers are favored due to their mechanical and biological properties. Moreover, use of biopolymer as a composite matrix allows easy fabrication and provides a level of mechanical felexibility. A bio-scaffold ca be broadly defined a a structure used to repair and regenerate of damaged tissue through the cell migration into the defect site. The scaffold can be made from natural or synthetic materials. Many types of polymers (natural and synthetic ) are widely used in research associated with human retinal eye disease. The main advantages of scaffolds made from composites or synthetic polymers are : extensive structure, various properties in comparison with natural polymers, capability of choosing undegradable polymer or degradable polymer under specific condition. Poly (glycerol sebacate ) (PGS) is a degradable polyester which is synthesized through a polycondensation reaction of glycerol and sebacic acid under high temperature and vacuum. Its degradation products of hydrolysis are nontoxic and undugous natural metabolites. These properties make PGS a good candidate for cornea and retina tissues repair. In this thesis, the PGS prepolymer was synthesized by polycondensation of equimolar glycerol and sebacic acid at 120 °C under nitrogen atmosphere for 24 h. Then synthesized prepolymer was dried at 50 o C under vacuum (200 mbar). Therefore, a viscous and traarent prepolymer was obtained which can be dissolved in different solvents. Thereafter, polymer characterization was carried out using FTIR, X-ray, and DSC. The results showed that the synthesized polymer has the properties similar to PGS that was synthesized in previously published literature. In the next step, prepolymer solutions were prepared using different ratios of polycaprolactone in various solvents such as tetrahydrofurane (THF), ethanol (EtOH), chloroform (ClF), dimethylformamide (DMF), and dichloromethane (DCM). All solutions were electrospun under different conditions of spinning distance, applied electric voltage, and flow rate. SEM and optical microscope images of electrospun fibers showed that spinning distance of 15 cm, electric voltage of 10 kV, and flow rate of 0.3 ml/min are the optimal conditions to obtain free-bead fibers. Then, PGS/PCL (1:1) were dissolved in DCM to prepare 30 %(wt/v) solution. Electrospinning of this solution was performed under the mentioned optimal condition and led to fibers without any bead. In the next step, mechanical and degradation properties of nanofiber webs were measured. Degradation analysis showed that after 28 days, the weight loss of the samples immersed in phosphate buffer solution at 37 °C and pH = 7.4, was only 40%. The reason of this low rate of degradation of PGS/PCL nanofibers is higher crystallinity of PCL component . The mechanical measurements indicated that tensile modulus of nanofiber web is 0.1 MPa, approximately equal to that of the retina tissue. Key Word Condensation polymerization, scaffold, nanofiber, poly(glycerol sebacate ), electerospinning, retina, tissue engineering
داربست های زیستی به ساختارهایی اطلاق می شود که قابلیت ترمیم و بازسازی بافت های آسیب دیده را از طریق رساندن سلول ها ، داروها یا تغذیه مولکولها ، دارا می باشند . داربست ها از مواد طبیعی و مصنوعی تهیه می شود . دسته ای از مواد که داربست ها از آن ساخته می شود پلیمرها هستند . پلیمرهای طبیعی و مصنوعی به طور وسیعی در پژوهش های مربوط به ترمیم و بازسازی بافت های چشم انسان به کار رفته اند . برای به دست آوردن خواص مورد نظر از داربست ، از کامپوزیت های پلیمری استفاده می شود . مهمترین مزیت داربست هایی که ازکامپوزیت ها یا پلیمرهای سنتزی ساخته می شوند ساختار گسترده ، خواص متنوع نسبت به پلیمرهای طبیعی ، قابلیت انتخاب پلیمر تخریب ناپذیر یا تخریب پذیرتحت شرایط خاص وزمان تعیین شده و ویژگی های مشابه با بافت های متفاوت است . پلی (گلیسرول سباسات) (PGS) پلی استری تخریب پذیر است که از واکنش مونومرهای یک الکل و یک اسید و از طریق پلیمریزاسیون تراکمی با استفاده از دمای بالا و خلاء تهیه می شود . واکنش تخریب آن از طریق هیدرولیز و تولید محصولات غیر سمی در محیط بدن است . این امر PGS را کاندیدای مناسبی برای مهندسی بافت های نرم نظیر بافت قرنیه و شبکیه ساخته است . در این پایان نامه ابتدا سنتز پلی (گلیسرول سباسات) به روش تراکمی صورت پذیرفت به این منظور مول های یکسان از گلیسرول و سباسیک اسید تحت دمای 120 درجه سانتیگراد و تحت جو نیتروژن به مدت 24 ساعت قرار گرفتند و پس از آن نمونه سنتز شده در آون خلا با خلا200میلی بار و دمای 50 درجه سانتیگراد قرار گرفت و پیش پلیمر ویسکوز و شفافی حاصل شد که قابلیت انحلال در حلال های مختلف را دارا بود . پس از سنتز مشخصه یابی پلیمر حاصل به منظور اطمینان از شرایط سنتز انجام شد . آزمون های طیف سنجی مادون قرمز ، پراش پرتو ایکس ، آنالیز عنصری و گرماسنجی روبشی تفاضلی بر روی PGS انجام شد و مشخص شد با توجه به امکانات و شرایط به کار رفته ، پلیمر سنتز شده دارای ویژگی هایی مطابق با نتایج گزارش شده در مقالات می باشد . در مرحله بعد جهت الکتروریسی محلول پیش پلیمر ، پلی hy;(گلیسرول سباسات) با نسبت های متفاوتی از پلی کاپرولاکتون در حلال های متفاوتی از جمله تترا هیدروفوران ، اتانول ، کلروفرم ، دی متیل فرمامید و دی کلرومتان تهیه شد و در شرایط متفاوتی از فاصله ریسندگی ، ولتاژاعمالی و نرخ تغذیه الکتروریسی شد . و تصاویر الیاف حاصله با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده شدند به منظور دستیابی به الیافی بدون دانه که ضمنا الیاف هیچ گونه چسبندگی به یکدیگر نداشته باشند ، پس از مشاهده سطح الیاف توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی ، فاصله ریسندگی 15 سانتیمتر ، ولتاژاعمالی 10 کیلو ولت و نرخ تغذیه 3/0میلی لیتر بر دقیقه انتخاب شد و الکتروریسی محلول 1/1 از پلی(گلیسرول سباسات) به همراه پلی کاپرولاکتون ، در حلال دی کلرومتان باغلظت 30% (وزنی/حجمی) بدون اعمال تغییراتی در تجهیزات اولیه دستگاه الکتروریسی، انجام شد . و الیافی بدون هیچ گونه چسندگی و دانه به دست آمد و اندازه گیری خواص مکانیکی و تخریب پذیری شبکه نانو الیاف انجام شد . نتایج آزمون تخریب پذیری نشان داد که پس از 28 روز قرار گیری نمونه در محلول بافر فسفات در دمای 37 درجه سانتیگراد و pH=7.4 تنها 40% وزنی آن تخریب شده است که کاهش نرخ تخریب پذیری پلی (گلیسرول سباسات ) به دلیل حضور پلی کاپرولاکتون به عنوان پلیمری کریستالین در کنارPGS می باشد . با اندازه گیری خواص مکانیکی شبکه نانو الیاف مشخص شد که مدول شبکه نانو الیاف و زیر شبکیه بسیار نزدیک و حدود 0.1 مگاپاسکال است . واژگان کلیدی : پلیمریزاسیون تراکمی ، داربست ، نانوالیاف ، پلی (گلیسرول سباسات) ، (PGS) ، الکتروریسی ، شبکیه ، مهندسی بافت .