Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Mahshid Kharaziha-esfahani
محمدحسین فتحی (استاد راهنما) مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nasim Golafshan
نسیم گل افشان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Fabrication and Characterization of Bi-layer Polymeric Nanocomposite Scaffolds for development of Nerve Conduit consist of Poply vinyl alcohol-Sodium Alginate:Graphene/eggshell membrane-PCLF double network
Damages caused to the peripheral nervous system, in effect sporting activities and injuries from the crash and blow it comes into existence. Although the use of nerve guidance conduit is an effective way for the reconstruction of peripheral nerves, but because of the biological materials selection and design of appropriate nerve conduction channels that have already been developed, the ability to rebuild damaged tissue are quite favorable. The aim of this study is to fabricate bi layer scaffold with appropriate mechanical, structural, electrical and biological features in order to develop and improve the performance and peripheral nerve repair. In this study, the bi layer conduit with inner wall of fibrous scaffolding nanocomposite of Sodium alginate-Polyvinyl alcohol:graphene nanoparticles and the outer layer of the double network scaffold made of eggshll memrbare-Polycaprolactone fumarate. For this purpose, the inner layer PolyVinyl alcohol-Alginate:Graphene using electrospinning process and was evaluated. Also, the effect of different amounts of graphene nanoparticles (0, 0.5, 1, 2 and 5 wt%) on the properties of mechanical, electrical, chemical and biological degradation nanocomposite scaffolds were studied and optimized. In addition, due to the importance directional growth of nerve cells to accelerate nerve regeneration process, the arrangement of fibers (parallel or perpendicular) on the mechanical properties of biological scaffolds were evaluated. As one of the limitations PVA-Alg:Gr scaffolds by electrospinning, a lack of sufficient mechanical stability during surgery, low thickness and porosity is uncontrollable, double network eggshell membrane-PCLF made by polycaprolactone fumarate penetrate into the egg membrane porosities. In this way, the influence of solvent type of polycaprolactone fumarate (dichloromethane and acetic acid) on the penetration of polymeric solution into the eggshell membrane double network resulting in physical and mechanical properties were investigated. After the above-mentioned optimization, the ability to connect two layers together using a fibrous layer polycaprolactone as sacrificial membrane was evaluated. Based inner membrane showed that graphene nanocomposites containing 1 wt% (1 Gr-AP) highest electrical conductivity and mechanical properties compared to other Nanvkampvzyt¬Ha is best. Add a fourfold wt% of graphene improves toughness and strength than threefold increase alcohol-alginate scaffold fiber Ply¬Vynyl net (AP) was. In addition, graphene by controlling the angle of wettability, a significant role in the degradation rate of scaffolds, the species that degradation rate of the scaffold% 6/2 ± 3/23 (in scaffolding AP) in% 1/2 ± 7/11 (in scaffolding 1Gr-AP) declined. The results of cell culture showed that the growth and proliferation of PC12 cells on the scaffold 1Gr-AP due to superior electrical and mechanical properties was significantly higher than the other samples. By comparing the fibrous scaffolding nanocomposite fibers arranged in parallel and randomized 1Gr-AP resulting in a nonuniform mechanical properties of the scaffold containing directional fibers in both directions parallel and perpendicular to the applied load shows. Moreover, the mechanical properties of the scaffold 1Gr-AP with directional fibers (toughness = 4/0 ± 5/16 MPa strength = 7/6 ± 6/29 MPa) compared to the scaffold with random fibers (toughness = 5/3 ± 1 / 8 MPa and strength = 2/2 ± 1/22 MPa) recovered. Also, results showed that the cells on the scaffold cell with parallel fibers, adhesion, growth and proliferation better and because of its heterogeneous structure, for directional growth. The results of scaffolding external dual channel (Tkhm¬Mrgh membrane-Ply¬Kaprvlaktvn fumarate) 9 showed that adding fumarate Ply¬Kaprvlaktvn no significant change in environmental behavior egg membrane, to improve its mechanical properties. The species tensile strength in a dual structure with the solvent acetic acid compared to Tkhm¬Mrgh to the membrane 12 times and toughness increased by 26 times. The results of the mechanical properties of the scaffold Ply¬Vynyl¬Alkl-Elgin bilayer graphene / membrane Tkhm¬Mrgh-Ply¬Kaprvlaktvn fumarate showed the strength, toughness and elastic modulus dual scaffold by about 1/4 ± 8/31 MPa, 4 / 0 ± 5/16 MPa and 2/19 ± 3/52 MPa, which is higher than the mechanical properties of nanocomposite scaffold fiber can be internal or indicates a higher ability to withstand mechanical load during surgery. Accordingly, nerve conduction channel layer of the inner layer Ply¬Vynyl¬Alkl-Elgin: dual membrane scaffold material and the outer layer of poly-caprolactone fumarate Tkhm¬Mrgh and mechanical properties, structural, chemical, and biological convenient and manageable My¬ could be a suitable way for nerve tissue repair.
آسیب های وارده به سیستم اعصاب محیطی، در اثر فعالیت های ورزشی و جراحات ناشی از تصادف و ضربه به وجود می آید. اگرچه استفاده از کانال‌های هدایت عصبی یک‌ راه مؤثر برای بازسازی اعصاب محیطی است، ولی به دلیل عدم انتخاب مواد زیستی و طراحی مناسب، کانال‌های هدایت عصبی که تاکنون توسعه یافته‌اند، توانایی کاملاً مطلوب در بازسازی بافت آسیب‌دیده ندارند. هدف از این پژوهش، ساخت داربست دولایه با خواص مکانیکی، ساختاری، بیولوژیکی و الکتریکی مناسب به‌منظور توسعه کانال‌های هدایت عصبی و بهبود عملکرد و ترمیم اعصاب محیطی است. در این پژوهش، دیواره داخلی کانال دولایه شامل داربست لیفی نانوکامپوزیتی از آلجینات، پلی‌وینیل‌الکل و نانوذرات گرافن و لایه خارجی شامل داربست دوگانه غشا تخم ‌مرغ-پلی کاپرولاکتون فومارات است. بدین منظور، ابتدا لایه داخلی پلی وینیل الکل-آلجینات:گرافن با استفاده از فرایند الکترویسی ساخته و مشخصه یابی شد. همچنین، تاثیر مقادیر مختلف نانوذرات گرافن (0، 5/0، 1، 2 و 5 درصد وزنی) بر خواص مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی، تخریب پذیری و زیستی داربست نانوکامپوزیتی بررسی و بهینه سازی شد. در ادامه، به دلیل نقش مهم رشد جهت دار سلول های عصبی در تسریع فرایند ترمیم عصب، نحوه آرایش الیاف (موازی و تصادفی) بر خواص مکانیکی و زیستی داربست ارزیابی شد. از آنجایی که یکی از محدودیت های داربست های تهیه شده به روش الکتروریسی، عدم پایداری مکانیکی کافی در حین جراحی، ضخامت کم و تخلخل غیر‌قابل کنترل است، شبکه دوگانه ای از غشا تخم ‌مرغ-پلی کاپرولاکتون فومارات توسط نفوذ پلی کاپرولاکتون فومارات به داخل تخلخل‌های غشا تخم مرغ ساخته و مشخصه یابی شد. در این روش، تاثیر نوع حلال پلی کاپرولاکتون فومارات(دی کلرومتان و استیک اسید) بر مقدار نفوذ پلی کاپرولاکتون فومارات در غشا تخم مرغ و در نتیجه خواص مکانیکی و فیزیکی شبکه دوگانه بررسی شد. بعد از بهینه سازی دولایه فوق، قابلیت اتصال دولایه به یکدیگر با استفاده از یک لایه لیفی پلی کاپرولاکتون به عنوان غشای فدا شونده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج تحقیقات بر غشای داخلی نشان داد که نانوکامپوزیت حاوی یک درصد وزنی گرافن(1Gr-AP) بالاترین رسانایی الکتریکی و بهترین خواص مکانیکی را در مقایسه با سایر نانوکامپوزیت ها دارد. اضافه کردن یک درصد وزنی گرافن سبب بهبود چهار برابری چقرمگی و افزایش سه برابری استحکام نسبت به داربست لیفی پلی وینیل الکل-آلجینات خالص(AP) شد. علاوه بر این، گرافن با کنترل زاویه ترشوندگی، نقش قابل توجهی در نرخ تخریب داربست داشت، به گونه ای که نرخ تخریب داربست از %6/2±3/23 (در داربست AP) به %1/2±7/11 (در داربست 1Gr-AP) کاهش یافت. نتایج کشت سلولی نشان داد که میزان رشد و تکثیر سلول های PC12 بر داربست 1Gr-AP به دلیل خواص الکتریکی و مکانیکی برتر به طور قابل توجهی بالاتر از دیگر نمونه ها بود. با مقایسه داربست لیفی نانوکامپوزیتی 1Gr-APبا آرایش الیاف موازی و تصادفی نتیجه شد که داربست حاوی الیاف جهت دار خواص مکانیکی غیریکنواختی را در دو جهت موازی و عمود بر اعمال بار از خود نشان می دهد. ضمن آنکه خواص مکانیکی داربست 1Gr-AP با الیاف جهت دار (چقرمگی= 4/0±5/16 مگاپاسکال استحکام= 7/6±6/29 مگاپاسکال) نسبت به داربست با الیاف تصادفی (چقرمگی =5/3±1/8 مگاپاسکال و استحکام= 2/2±1/22 مگاپاسکال) بهبود یافت. همچنین، نتایج سلولی نشان داد که سلول ها بر روی داربست با الیاف موازی، چسبندگی، رشد و تکثیر بهتری داشته و به دلیل ساختار غیریکنواخت آن، به صورت جهت دار رشد کردند. نتایج ارزیابی داربست دوگانه خارجی کانال(غشا تخم مرغ-پلی کاپرولاکتون فومارات) 9نشان داد که اضافه کردن پلی کاپرولاکتون فومارات بدون تغییر قابل توجهی در رفتار زیستی غشا تخم مرغ، سبب بهبود خواص مکانیکی آن شد. به گونه ای که استحکام کششی در ساختار دوگانه با حلال استیک اسید در مقایسه با غشا تخم مرغ به میزان 12 برابر و چقرمگی به میزان 26 برابر افزایش یافتند. نتایج ارزیابی خواص مکانیکی داربست دولایه پلی وینیل الکل-آلجینات:گرافن/غشا تخم مرغ-پلی کاپرولاکتون فومارات نشان داد که استحکام، چقرمگی و ضریب کشسانی داربست دوگانه به ترتیب در حدود 1/4±8/31 مگاپاسکال، 4/0±5/16 مگاپاسکال و 2/19±3/52 مگاپاسکال است که بالاتر از خواص مکانیکی داربست لیفی نانوکامپوزیتی داخلی بوده و می تواند نشان دهنده توانایی بالاتر در تحمل بار مکانیکی در هنگام جراحی باشد. بر این اساس، کانال هدایت عصبی دولایه متشکل از لایه داخلی پلی وینیل الکل-آلجینات:گرافن و لایه خارجی داربست دوگانه غشا تخم مرغ و پلی کاپرولاکتون فومارات با خواص مکانیکی، ساختاری، شیمیایی و زیستی مناسب و قابل کنترل می تواند پیشنهاد مناسبی جهت ترمیم بافت عصب باشد. کلمات کلیدی: کانال هدایت عصبی، گرافن، الکتروریسی، غشاتخم مرغ، پلی‌کاپرولاکتون‌فومارات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی