SUPERVISOR
Alireza Moradi,Farzaneh Alihoseini
علیرضا مرادی (استاد راهنما) فرزانه علی حسینی (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Jannessari ladani
محمد جان نثاری لادانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
The Effect of Oak Bark Tannin on Electrospinning of Bovine Skin Gelatin and Study of Physical and Chemical Stability of its Nanofiber
Gelatin as a secondary production is obtained from animal wastage such as skin and bones, and is used for food, clinical and other applications. Special properties of gelatin such as biocompatibility and biodegradation have caused this material to be used in pharmacy, cell culture and tissue engineering. Gelatin powder is applied to slow recovering wounds in order to speed up wound recovery. Gelatin is also deployed as cell food in cell culture. Recently, gelatin has simultaneously been applied as cell food and as scaffold in cell culture. Because gelatin has a low biodegradation property, this property must be treated. Different treatments are used for the increasing of the gelatin biodegradation time. These treatments include chemical and physical methods. Here, the crosslinking of gelatin by other monomers is the most important chemical treatment method. In the physical treatment, gelatin blends with other polymers. The increasing of biodegradation time is an essential parameter to apply gelatin in the preparation of the cell culture scaffold. Chemical materials applied to the treatment of gelatin are often toxic. They separate from gelatin during the degradation of scaffolds and menace the cells. Therefor, in this study, the oak-bark tanning agent was selected as a biocompatible material and applied to improve gelatin stability. Oak-bark tannin was extracted in methanol 70% aqueous. Then, the solution was centrifuged to remove solid wood residue. The extract solvent was vaporised in low temperature and vacuum condition, and tannin dried in powder shape. Gelatin was dissolved in a triplet solvent that had been wrought from Acetic acid, water, and ethyl acetate. To study the effect of acetic acid on tannin agent, two solvents were prepared with 40%, 11% acid, 20%, 70% water, 30%, 9% ethyl acetate alternatively. The rest 10% comprised the weight of gelatin in solution. Tannin powder was added to the gelatin solution in 0, 0.5, 1, 2, 3 and 4% concentrations. All solutions were electrospun in (12 kV/10 cm) with 0.15 ml/h. SEM photos prepared from nanofibers showed the electrospinning confine and the effect of tannin concentration on nanofiber diameter. The best range of nanofiber production was between 0.5 to 2% tannin. The best and finest nanofiber was obtained in 10% tannin concentration. The viscometry of these solutions showed that the increasing of tannin concentration led to the increasing of viscosity by the creation of hydrogen bonds between tannin and gelatin. The prepared nanofibers were dried under a special condition for later experiments. Due to the thermal sensitivity of tanning agent, the reaction between gelatin and tannin was performed at low temperature. In addition to viscometry, other analyses such as biodegradation test, DSC and FTIR were helpful devices to determine whether tannin agents reacted with gelatin or not. DSC showed that the increasing of tannin concentration would lead to the disappearance of the peak in glass transition and melting point. In this process, the decomposition peak was intensified as well as shifted to higher temperature. These results demonstrated that tanning agent improved the physical stability of gelatin. Therefore, IR spectroscopy showed that gelatin had crosslinked with a lot of hydrogen bonds and the stability of gelatin nanofibers had increased. Keywords : gelatin, vegetable tannin, electrospinning, crosslink, biodegradation
ژلاتین بعنوان یک محصول فرعی از ضایعات دامی نظیر پوست و استخوان بدست آمده و برای مصارف غذایی، پزشکی و مصارف دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. برخی خواص ژلاتین مانند زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری سبب شد تا در داروسازی، کشت سلول و ترمیم بافت مورد استفاده قرار گیرد. در جراحی افرادی که زخم های آنان دیر ترمیم می شود، از پودر ژلاتین در محل زخم برای ترمیم سریع تر آن استفاده شده است. در کشت سلول از ژلاتین بعنوان غذای سلول استفاده می شود. محققان به تازگی داربست های کشت سلول را نیز از ژلاتین اصلاح شده تهیه کرده و آنرا هم بعنوان داربست کشت سلول و هم بعنوان غذای سلول بکار می برند. اصلاح ژلاتین به منظور بهبود خواص زیست تخریب پذیری آن صورت می گیرد. عملیات اصلاح ژلاتین به طرق مختلفی امکان پذیر است. روش های اصلاح مورد استفاده در این زمینه به اصلاح شیمیایی یا فیزیکی محدود می شوند. ایجاد پیوندعرضی بین زنجیرهای ژلاتین توسط منومرهای دیگر از روش های شیمیایی بشمار می رود. در اصلاح فیزیکی، ژلاتین با مواد افزودنی دیگر که معمولا از نوع پلیمری هستند، مخلوط می شود. افزایش زمان زیست تخریب پذیری ژلاتین عاملی مهم در تهیه داربست های کشت سلول از این ماده است. اصلاح کننده های شیمیایی که تاکنون مورد استفاده قرار گرفته اند، از نوع زیست سازگار نبوده و معمولا در حین تجزیه داربست توسط سلول های در حال کشت، ماده اصلاح کننده آزاد شده و تأثیر سوء بر سلول ها می گذارد. در این تحقیق از تانین پوست بلوط بعنوان ماده ای طبیعی و زیست سازگار استفاده شد و قابلیت این ماده برای بهبود خواص ژلاتین مورد بررسی قرار گرفت. تانین گیاهی توسط متانول 70 درصد از پوست بلوط استخراج شده و طی فرایندی با استفاده از سانتریفیوژ از باقیمانده های سلولزی جداسازی و به فاز محلول انتقال داده شد. حلال استخراج در دمای پائین و تحت خلأ تبخیر شده و پودر تانین بدست آمد. ژلاتین در یک حلال سه جزئی متشکل از آب، استیک اسید و اتیل استات حل شد. برای بررسی اثر استیک اسید روی تانین، از دو حلال بترتیب با 40 و 11 درصد اسید و 20 و 70 درصد آب استفاده شده است. 10 درصد باقیمانده وزن محلول را ژلاتین تشکیل می دهد. تانین در غلظت های 0، 5/0، 1، 2، 3 و 4 درصد به محلول ژلاتین افزوده شد. الکتروریسی تمام محلول ها در 12 کیلوولت با دبی حجمی 15/0 میلی لیتر بر ساعت و در فاصله 10 سانتیمتر از صفحه هدف انجام گرفت. با عکس hy;های میکروسکوپی تهیه شده از نانوالیاف، محدوده الکتروریسی و اثر غلظت تانین بر قطر نانوالیاف ژلاتین بررسی شد. آزمایشات ویسکومتری نشان داد که با افزایش غلظت تانین در محلول، ویسکوزیته محلول را افزایش داد. نانو الیاف حاصل تحت شرایط خاص خشک شده و برای تست های دیگر آماده سازی شد. بدلیل حساسیت بالای تانین ها نسبت به حرارت، برای انجام واکنش شیمیایی بین تانین و ژلاتین در دما بالا استفاده نشده است. به منظور بررسی اثر تانین، آزمایشاتی نظیر تست زیست تخریب پذیری، FTIR و DSC روی نمونه ها صورت گرفت. با استفاده از تانین پوست درخت بلوط نانوالیاف بسیار ظریف ژلاتین با قطر 24 نانومتر تولید شد که این نانوالیاف دارای زمان تخریب بیشتری نسبت به نانوالیاف ژلاتین خالص است. کلمات کلیدی: ژلاتین، تانین گیاهی، الکتروریسی، پیوند هیدروژنی، زیست تخریب پذیری