مواد و فناوری‌های پیشرفته

فصلنامه

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و دامنه ها

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اخبار و اعلانات

اطلاعات آماری نشریه

ارزیابی خواص فیزیکی و مکانیکی داربست نانوکامپوزیتی الکتروریسی شده پلی‌ɛ-کاپرولاکتون-ژلاتین/ نانولوله‌کربنی چنددیواره

نوع مقاله : مقاله مروری پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی پزشکی- بیومتریال، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 گروه بیومتریال و مهندسی بافت، دانشکده فناوری های نوین علوم پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

داربست نانوفیبری PCL/gelatin با نسبت وزنی 70:30 و داربست نانوکامپوزیتی 70:30 PCL/gelatin  حاوی 5/0 درصد وزنی نانولوله کربنی چند‌دیواره عامل‌دار شده با گروه کربوکسیلfunctionalized by carboxyl) ) به روش الکتروریسی تهیه شدند. مورفولوژی، خواص فیزیکی و مکانیکی داربست‌ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی، طیف‌سنجی مادون قرمز، زاویه تماس آب و استحکام کششی مورد ارزیابی قرار گرفت. داربست حاوی MWNTs به علت افزایش رسانایی محلول و نحوه قرار گرفتن MWNTs در نانو‌الیاف پلیمری، از توزیع قطر الیاف و میانگین قطر الیاف مناسب‌تری نسبت به داربست فاقد MWNTs برخوردار است. حضور MWNTs هیچ‌گونه اثر مخربی بر روی درصد تخلخل سطح داربست‌ نداشته و درصد تخلخل در سطح داربست‌ها بیش از 80% است. بر اساس طیف‌سنجی مادون قرمز‌، برهم-کنش میان گروه آمین ژلاتین و گروه‌ کربوکسیل MWNTs، می‌تواند به‌طور مستقیم بر روی خواص مکانیکی تاثیر‌گذار باشد. افزودن MWNTs به داربست نانوفیبری70:30 PCL/gelatin موجب کاهش قابل توجه زاویه تماس آب و افزایش قابل ملاحظه میانگین استحکام کششی تا حدود هفت برابر نسبت به داربست فاقد MWNTs شده است. بهبود خواص مکانیکی داربست را می‌توان به علت استحکام ذاتی بالای MWNTs، قرار‌گیری آن در طول الیاف پلیمری و پراکندگی مناسب آن در زمینه پلیمری دانست. داربست PCL-gelatin/0.5%wt.MWNT می‌تواند یک داربست مناسب برای کاربردهای مهندسی بافت باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of physical and mechanical properties of electrospinning nanocomposite scaffolds poly ɛ-caprolactone-gelatin/multi walled carbon nanotube

نویسندگان [English]

  • Parisa Zadehnajar 1
  • Saeed Karbasi 2
  • babak Akbari 1
  • Mohamad Hossein Mirmusavi 2

1 Department of Biomaterials, Faculty of New Sciences and Technologies, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Department of Biomaterials and Tissue Engineering, School of Advance Technology in Medicine, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran

چکیده [English]

The poly (ɛ-caprolactone)/gelatin nanofibrous scaffolds with weight ratio of 70:30 and PCL/gelatin 70:30 nanocomposite scaffold containing 0.5%wt. MWNTs (PCL-gelatin/0.5%wt.MWNT) were fabricated through electrospinning. The morphology, physical and mechanical property of the scaffolds was evaluated through SEM, FTIR-ATR, water contact angle and tensile strength test. The scaffold containing 0.5%wt. MWNTs had the best average and distribution of fibers diameter in comparison with PCL/gelatin scaffold due to the increased conductivity of the solution and the alignment of the MWNTs in the nanofibers. The presence of MWNTs did not have any reverse effect on the porosity of the scaffolds and the porosity percentage of the scaffolds was more than 80%. According to FTIR spectra there was a connection between gelatin amine group and MWNTs carboxylic group that could affect the mechanical properties directly. Adding 0.5%wt. MWNTs to the PCL/gelatin scaffold decreased contact angle and lead to an increase in mean tensile strength about 7 times in comparison with scaffold without MWNTs. The enhancement of the mechanical properties of the scaffold can be seen due to the inherent strength of MWNTs, the position of the MWNTs in the polymer nanofibers and the optimal dispersion in the polymer matrix. PCL-gelatin/0.5%wt.MWNT scaffold can be an appropriate scaffold for tissue engineering applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • nanocomposite scaffold
  • tissue engineering
  • carbon nanotube
  • electrospinning
مراجع
1.   Lavik, E. and Langer, R., "Tissue engineering: current state and perspectives." Applied microbiology and biotechnology, 2004. 65(1): 1-8.
2.   Kasoju, N., Bhonde, R.R., and Bora, U., "Fabrication of a novel micro–nano fibrous nonwoven scaffold with Antheraea assama silk fibroin for use in tissue engineering." Materials letters, 2009. 63(28): 2466-2469.
3.   Suh, J.-K.F. and Matthew, H.W., "Application of chitosan-based polysaccharide biomaterials in cartilage tissue engineering: a review." Biomaterials, 2000. 21(24): 2589-2598.
4.   Jiankang, H., et al., "Preparation of chitosan–gelatin hybrid scaffolds with well-organized microstructures for hepatic tissue engineering." Acta Biomaterialia, 2009. 5(1): 453-461.
5.   Kuo, C.-Y., et al., "Incorporation of chitosan in biomimetic gelatin/chondroitin-6-sulfate/hyaluronan cryogel for cartilage tissue engineering." Carbohydrate polymers, 2015. 117: 722-730.
6.   Wise, D.L., "Biomaterials and bioengineering handbook. 2000: Marcel Dekker.
7.   Athanasiou, K.A., et al., "Basic science of articular cartilage repair." Clinics in sports medicine, 2001. 20(2): 223-247.
8.   Liu, X. and Ma, P.X., "Phase separation, pore structure, and properties of nanofibrous gelatin scaffolds." Biomaterials, 2009. 30(25): 4094-4103.
9.   Li, W.J. and Tuan, R.S., "Fabrication and application of nanofibrous scaffolds in tissue engineering." Current protocols in cell biology, 2009: 25.2. 1-25.2. 12.
10. Ghasemi-Mobarakeh, L., et al., "Electrospun poly (ɛ-caprolactone)/gelatin nanofibrous scaffolds for nerve tissue engineering." Biomaterials, 2008. 29(34): 4532-4539.
11. Baker, S.R., et al., "Determining the mechanical properties of electrospun poly-ε-caprolactone (PCL) nanofibers using AFM and a novel fiber anchoring technique." Materials Science and Engineering: C, 2016. 59: 203-212.
12. Mattioli-Belmonte, M., et al., "Tuning polycaprolactone–carbon nanotube composites for bone tissue engineering scaffolds." Materials Science and Engineering: C, 2012. 32(2): 152-159.
13. Kharaziha, M., et al., "Tough and flexible CNT–polymeric hybrid scaffolds for engineering cardiac constructs." Biomaterials, 2014. 35(26): 7346-7354.
14. Sahithi, K., et al., "Polymeric composites containing carbon nanotubes for bone tissue engineering." International journal of biological macromolecules, 2010. 46(3): 281-283.
15. Dai, H., "Carbon nanotubes: synthesis, integration, and properties." Accounts of chemical research, 2002. 35(12): 1035-1044.
16. Liu, Y.-L., Chen, W.-H., and Chang, Y.-H., "Preparation and properties of chitosan/carbon nanotube nanocomposites using poly (styrene sulfonic acid)-modified CNTs." Carbohydrate Polymers, 2009. 76(2): 232-238.
17. Laurencin, C.T. and Nair, L.S., "Nanotechnology and regenerative engineering: the scaffold. 2014: CRC Press.
18. Li, Q.-h., et al., "Enhanced thermal and electrical properties of poly (D, L-lactide)/multi-walled carbon nanotubes composites by in-situ polymerization." Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013. 23(5): 1421-1427.
19. Abarrategi, A., et al., "Multiwall carbon nanotube scaffolds for tissue engineering purposes." Biomaterials, 2008. 29(1): 94-102.
20. Ma, Y., et al., "Processing, structure, and properties of multiwalled carbon nanotube/poly (hydroxybutyrate‐co‐valerate) biopolymer nanocomposites." Journal of Applied Polymer Science, 2012. 125(S1): E620-E629.
21. Newman, P., et al., "Carbon nanotubes: their potential and pitfalls for bone tissue regeneration and engineering." Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2013. 9(8): 1139-1158.
22. O’connell, M.J., "Carbon nanotubes: properties and applications. 2006: CRC press.
23. Shi, X., et al., "Injectable nanocomposites of single-walled carbon nanotubes and biodegradable polymers for bone tissue engineering." Biomacromolecules, 2006. 7(7): 2237-2242.
24. Binulal, N., et al., "PCL–gelatin composite nanofibers electrospun using diluted acetic acid–ethyl acetate solvent system for stem cell-based bone tissue engineering." Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 2014. 25(4): 325-340.
25. ASTM International, W.C., PA, "Standard Practice for Surface Wettability of Coatings, Substrates and Pigments by Advancing Contact Angle Measurement. 2008.
26. Chen, G., Ushida, T., and Tateishi, T., "Scaffold design for tissue engineering." Macromolecular Bioscience, 2002. 2(2): 67-77.
27. Pan, L., et al., "Multiwall carbon nanotubes/polycaprolactone composites for bone tissue engineering application." Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2012. 93: 226-234.
28. Wang, Y., et al., "Cartilage tissue engineering with silk scaffolds and human articular chondrocytes." Biomaterials, 2006. 27(25): 4434-4442.
29. Zarei, M. and Karbasi, S., "Evaluation of the effects of multiwalled carbon nanotubes on electrospun poly (3-hydroxybutirate) scaffold for tissue engineering applications." Journal of Porous Materials, 2017: 1-14.
30. Biercuk, M., et al., "Carbon nanotube composites for thermal management." Applied physics letters, 2002. 80(15): 2767-2769.
31. Karbasi, S. and Alizadeh, Z.M., "Effects of multi-wall carbon nanotubes on structural and mechanical properties of poly (3-hydroxybutyrate)/chitosan electrospun scaffolds for cartilage tissue engineering." Bulletin of Materials Science, 2017. 40(6): 1247-1253.
32. Mirmusavi, M.H., et al., "Assessing the physical and mechanical properties of poly 3-hydroxybutyrate-chitosan-multi-walled carbon nanotube/silk nano–micro composite scaffold for long-term healing tissue engineering applications." Micro & Nano Letters, 2018. 13(6): 829-834.
33. Ghasemi‐Mobarakeh, L., Semnani, D., and Morshed, M., "A novel method for porosity measurement of various surface layers of nanofibers mat using image analysis for tissue engineering applications." Journal of applied polymer science, 2007. 106(4): 2536-2542.
34. Jalal, M., et al., "Mechanical, rheological, durability and microstructural properties of high performance self-compacting concrete containing SiO 2 micro and nanoparticles." Materials & Design, 2012. 34: 389-400.
35. Jalal, M., Fathi, M., and Farzad, M., "Effects of fly ash and TiO 2 nanoparticles on rheological, mechanical, microstructural and thermal properties of high strength self compacting concrete." Mechanics of Materials, 2013. 61: 11-27.
36. Yu, W., et al., "A novel electrospun nerve conduit enhanced by carbon nanotubes for peripheral nerve regeneration." Nanotechnology, 2014. 25(16): 165102.
37. Naebe, M., et al. Conducting polymer and polymer/CNT composite nanofibers by electrospinning. in ACS Symposium Series. 2009. American Chemical Society.
38. Lahiri, D., et al., "Carbon nanotube reinforced polylactide− caprolactone copolymer: mechanical strengthening and interaction with human osteoblasts in vitro." ACS applied materials & interfaces, 2009. 1(11): 2470-2476.
 
مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 7، شماره 4
اسفند 1397
صفحه 93-100
فایل ها
سابقه مقاله
  • تاریخ دریافت: 15 شهریور 1397
  • تاریخ بازنگری: 27 آبان 1397
  • تاریخ پذیرش: 29 آبان 1397
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار