Skip to main content
SUPERVISOR
Sheyda Labbaf,Mahshid Kharaziha-esfahani
شیدا لباف (استاد راهنما) مهشید خرازیهای اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Nadia Abzan
نادیا آبزن

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Fabrication and Characterization of Piezoelectric Nerve guidance channel based on Polyvinylidene Fluoride-Graphene Oxide Nanocomposite via Phase Inversion process for Peripheral nerve repair
Peripheral nerve injury is a serious medical concern that results in partial or complete interruption of normal physiology of the nerve. Nerve guidance channels have been developed in order to find an alternative for nerve grafts. Physical guidance of neural fibers, appropriate mechanical, electrical and structural properties are the main challenges in conduit deign and fabrication and thus, improvement of nerve repair. The aim of this study is to fabricate piezoelectric nerve guidance channel with four internal channels based on polyvinylidenefluoride-graphene oxide nanocomposite. In this way, at first polyvinylidenefluoride scaffold was fabricate via phase separation method and effect of different processing parameters such as non-solvent incorporation (distilled water) in the solvent composition (N,N-dimethylformamide (DMF)), immersing time at coagulation bath (1, 3, 6 and 24 h) as well as coagulation bath temperature (-10, 0 and 20°C) and composition (DMF: water volume ratio= 2:6 and 6:4) on the mechanical, chemical, biological and morphological properties of the scaffolds were investigated. After optimization of the phase separation parameters, optimized scaffold in the terms of morphological, mechanical, chemical and biological properties was selected. Then, effect of different amounts of GO nanosheets (0, 0.5, 1, 3 and 5 wt%) on the properties of the optimized scaffold was investigated and final nanocomposite scaffold was selected. Finally, in order to improved physical guidance of neural fibers and thus improvement of nerve repair, a nerve guidance channel with 4 internal channels was fabricated by wrapping 2D scaffold around 4 copper wires. PVDF scaffold at water-free condition, immersed for 3 h at coagulation bath at composition of 6:4 and 20?c, was selected as optimized scaffold in terms of structural, mechanical, chemical and biological properties and was used to continue the research. Characterization of PVDF-GO scaffold showed that incorporation of 3 wt% GO to the optimized PVDF scaffold, increased tensile strength, elastic modulus and toughness of the scaffold from 0.887±0.05 MPa, 9.48±1.9 MPa and 155±25.43 MPa at PVDF scaffold to 1.3±0.37 MPa, 17.01±3.7 MPa and 157.2±34.7 MPa at P-3GO scaffold. In addition, PC12 cell culture on PVDF-GO nanocomposites resulted in higher cell proliferation and growth on P-3GO scaffold because of its higher ? phase fraction and piezoelectric properties. Accordingly, piezoelectric nerve guidance channel based on polyvinylidenefluoride-graphene oxide nanocomposite, with contorable structural, mechanical, chemical and biological properties is an appropriate candidate for damaged peripheral nerve repair.
آسیب اعصاب محیطی از جمله نگرانی های مهم پزشکی است. اعصاب محیطی در اثر آسیب دیدن، به طور کامل یا جزئی از حالت فیزیولوژیکی طبیعی خود خارج شده و در طول آن شکاف ایجاد می شود. به منظور یافتن جایگزین مناسب برای روش پیوند زدن عصب، کانال های هدایت عصب توسعه یافته اند. چالش اصلی در زمینه طراحی و ساخت کانال هدایت عصب، هدایت فیزیکی رشته های عصبی و ایجاد خواص مکانیکی، الکتریکی و ساختاری مناسب با بافت عصب و در نتیجه بهبود عملکرد فرآیند ترمیم است. هدف از پژوهش حاضر، ساخت داربست نانوکامپوزیتی بر پایه پلی وینیلیدین فلوراید-اکسیدگرافن، به منظور توسعه کانال هدایت عصبی پیزوالکتریک است. به این ترتیب، ابتدا داربست پلی وینیلیدین فلوراید با روش جدایش فازی تهیه و تاثیر پارامترهای مختلف فرآیند جدایش فازی از جمله افزودن ضدحلال (آب مقطر) به سیستم حلال (دی متیل فرم آمید)، زمان غوطه وری در حمام انعقادی (1، 3، 6 و 24 ساعت)، دمای حمام انعقادی (10-، 0 و 20 درجه سانتی گراد) و ترکیب آن (حلال/ضدحلال با نسبت حجمی 4:6 و 6:2) بر خواص مکانیکی، شیمیایی، زیستی و مورفولوژی داربست، ارزیابی شد. پس از بهینه سازی پارامترهای فرآیند جدایش فازی، داربست با شرایط بهینه از نظر مورفولوژی، خواص مکانیکی، شیمیایی و زیستی انتخاب شد. سپس تاثیر مقادیر مختلف نانوصفحات اکسیدگرافن (0، 5/0، 1، 3 و 5 درصد وزنی) بر خواص داربست بهینه بررسی شد و داربست با شرایط بهینه انتخاب شد. در نهایت، به منظور هدایت فیزیکی بهتر رشته های عصبی و در نتیجه بهبود فرآیند ترمیم اعصاب آسیب دیده، با استفاده از چهار سیم مسی، داربست دو بعدی به شکل لوله درآمده و تعداد چهار کانال داخلی در آن تعبیه شد. نتایج بررسی تاثیر پارامترهای مختلف فرآیند جدایش فازی بر خواص داربست نشان داد که داربست پلی وینیلیدین فلوراید با سیستم حلال 4:96 و 3 ساعت غوطه وری در حمام انعقادی با ترکیب 4:6 در دمای 20 درجه سانتی گراد، از نظر خواص ساختاری، مکانیکی، شیمیایی و زیستی دارای شرایط بهینه است و این داربست برای ادامه پژوهش انتخاب شد. نتایج مشخصه یابی داربست نانوکامپوزیتی پلی وینیلیدین فلوراید-اکسیدگرافن، نشان داد که افزودن سه درصد وزنی اکسیدگرافن به داربست پلی وینیلیدین فلوراید، موجب افزایش استحکام کششی، مدول الاستیک و چقرمگی داربست از 05/0± 887/0 مگاپاسکال، 9/1±48/9 مگاپاسکال و 43/25±155 مگاپاسکال به 37/0±3/1 مگاپاسکال، 7/3±01/17 مگاپاسکال و 6/34±2/157 مگاپاسکال شد. همچنین نتایج کشت سلول های PC12 روی داربست های نانوکامپوزیتی نشان داد که میزان رشد و تکثیر سلولی روی داربست نانوکامپوزیتی با سه درصد وزنی اکسیدگرافن، به دلیل بیشتر بودن میزان فاز بتا با خواص پیزوالکتریک، نسبت به سایر داربست ها بیشتر است. به این ترتیب، کانال هدایت عصب پیزوالکتریک بر پایه نانوکامپوزیت پلی وینیلیدین فلوراید-اکسیدگرافن با خواص ساختاری، مکانیکی، شیمیایی و زیستی قابل کنترل، می تواند انتخاب مناسبی برای ترمیم عصب آسیب دیده باشد. کلمات کلیدی: پلی وینیلیدین فلوراید، جدایش فازی، کانال هدایت عصب، اکسیدگرافن، پیزوالکتریک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی