علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1400 | دوره:34 | شماره:4 |تعداد مقالات:6

مهم ترین چالش در انواع مهندسی بافت، طراحی داربست ها با خواص فیزیکی، مکانیکی و زیستی مشابه با ماتریس برون سلولی (ECM) بافت هدف است. در حالت ایده آل تکثیر مناسب سلول هم زمان با تخریب داربست و در نهایت بازسازی و ایجاد بافت مدنظر درون داربست اتفاق می افتد. استفاده از پلیمرهای زیست تخریب پذیر یا ترکیبی از این پلیمرها و سرامیک، فلزات یا کربن به ایجاد داربست ها با خواص مدنظر منجر می شود. تاکنون پلیمرهای طبیعی و سنتزی مختلفی بدین منظور پیشنهاد شده اند که پلی استرهای آلیفاتیک زیست تخریب پذیر و زیست سازگار به دلیل داشتن خواص قابل پیش بینی و تنظیم پذیر، یکی از بهترین ماتریس های پلیمری در طراحی داربست های استفاده شده در مهندسی بافت شناخته شده اند. به دلیل خواص منحصر به فرد این پلیمرها، تعداد پژوهش های انجام شده روی آن ها با هدف کاربرد در مهندسی بافت در حال افزایش است و بنابراین بررسی مروری اهداف و چالش های پیش رو ضروری به نظر می رسد. بر این اساس، هدف مقاله حاضر معرفی و بررسی پژوهش های انجام شده درباره پلی استرهای آلیفاتیک زیست تخریب پذیر پرکاربرد شامل پلی (لاکتیک اسید) (PLA)، پلی(گلیکولیک اسید) (PGA)، پلی (لاکتیک-co-گلیکولیک اسید) (PLGA)، پلی کاپرولاکتون (PCL) و خانواده پلی استرهای میکروبی پلی هیدروکسی آلکانوآت ها (PHA) به ویژه پلی هیدروکسی بوتیرات (PHB) و کوپلیمر پلی(3-هیدروکسی بوتیرات-3coهیدروکسی والرات) (PHBV) است. در این مقاله به طور ویژه روش های سنتز، خواص ساختاری، فیزیکی، مکانیکی و زیستی این پلیمرها بررسی می شود و با ارزیابی روش های متنوع اصلاح فیزیکی و شیمیایی گزارش شده در مقاله های پژوهشی سال های اخیر، به چگونگی غلبه بر چالش طراحی داربست مشابه با ECM پاسخ داده می شود. همچنین، درباره کاربرد این پلی استرها در مهندسی انواع بافت سخت و نرم از جمله استخوان، غضروف، رباط، تاندون، ماهیچه، طحال، قرنیه و پوست بحث می شود.

فرضیه غشای لایه نازک نانوفیلتری با پلی(وینیل الکل) و نانوذرات کربن فعال عامل دار شده با کیتوسان اصلاح شد. اثر لایه سطحی تشکیل شده بر ساختار و خواص جداسازی غشاها بررسی شد. روش ها برای ارزیابی غشاها از میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM)، طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، اندازه گیری مقدار آب، تخلخل و متوسط اندازه منفذ، پس زنی سدیم کلرید و سدیم سولفات، شار آب و نسبت بازیابی شار غشا به منظور بررسی قابلیت ضدگرفتگی استفاده شد. یافته ها نتایج FTIR تشکیل گروه های هیدروکسیل و آمین را روی سطح غشاهای اصلاح شده تایید کرد. عکس های SEM تشکیل لایه ای یکنواخت را روی سطح غشاهای اصلاح شده نشان داد. همچنین در عکس های SEM نشان داده شد، افزودن نانوذرات به پلی(وینیل الکل)، به ساختاری ناهمگن و متراکم بر سطح غشاها منجر شده است. اصلاح غشای اولیه با استفاده از پلی(وینیل الکل) و نانوذرات اصلاح شده کربن فعال تا %0. 25 وزنی ابتدا سبب افزایش مقدار آب شد و با افزایش مقدار نانوذرات از %0. 25 تا %1 وزنی دوباره مقدار آب غشا کاهش یافت. نتایج نشان داد، تمام غشاهای اصلاح شده، متوسط اندازه منفذ بزرگ تری در مقایسه با غشای اصلاح نشده دارند. همچنین تمام غشاهای اصلاح شده شار آب بیشتری از غشای اولیه نشان دادند. افرون بر این، نتایج پس زنی نمک نشان داد، اصلاح سطح غشای نانوفیلتری اثر مثبتی در جلوگیری از کاهش مقدار پس زنی با وجود افزایش مقدار شار داشته است. مقدار پس زنی نمک سدیم سولفات بیشتر از پس زنی سدیم کلرید اندازه گیری شد. نسبت بازیابی شار در غشاهای اصلاح شده بیش از %92 و در نمونه اولیه بیش از %66 ارزیابی شد که قابلیت ضدگرفتگی غشاهای اصلاح شده را تایید می کند.

فرضیه جاذب های بر پایه لیگنین یکی از مواد متداول برای حذف فلزات سنگین در تصفیه پساب ها و برای جذب فلزات در استخراج آن ها از معادن هستند. بنابراین به نظر می رسد، لیگنین و به ویژه مشتق کربوکسی متیل دارشده آن قابلیت جذب کاتیون های روی و مس در محلول آبی دارای هر دو کاتیون را در شرایط عملیاتی مختلف داشته باشد. روش ها ابتدا، لیگنین در اثر واکنش با سدیم کلرواستات، کربوکسی متیل دار شد. آزمون های شناسایی شامل طیف سنجی زیرقرمز تبدیل فوریه (FTIR)، طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته پروتون (1H NMR)، تیترکردن اسید-باز، تعیین pHpzc (نقطه pH با بار صفر) و پتانسیل زتا به منظور شناسایی نمونه انجام شد. همچنین، برای تعیین غلظت یون ها از آزمون جذب اتمی استفاده شد. یافته ها نتایج آزمون های شناسایی نشان داد، در اثر واکنش لیگنین با سدیم کلرواستات، گروه های هیدروکسیل آروماتیک لیگنین از بین رفته و غلظت گروه های کربوکسیل افزایش یافته است. بنابراین استنباط شد، لیگنین با موفقیت کربوکسی متیل دار شده است. نتایج جذب یون های روی (II) و مس (II) نشان داد، بیشترین جذب مس در مقایسه با روی در مجاورت جاذب لیگنین اصلاح شده در pH نزدیک به 4 اتفاق می افتد. در مطالعات سینتیکی مشخص شد، جذب هر دو یون از مدل سینتیکی شبه درجه دوم پیروی می کنند. در مطالعات هم دما، مدل Sips بهترین عملکرد را برای هر دو نمونه لیگنین و لیگنین اصلاح شده داشت. بیشترین ظرفیت جذب یون روی و مس برای لیگنین کربوکسی متیل دارشده، به ترتیب 0. 25 و 0. 37mmol/g به دست آمد که نسبت به لیگنین بهبود شایان توجهی نشان داد. اما، گزینش پذیری مس کاهش داشت. این بهبود می تواند به طور عمده به دلیل افزایش تعداد موقعیت های فعال روی جاذب اصلاح شده باشد.

فرضیه در این پژوهش، با استفاده از اسفنج سازی میکروسلولی فرایند حالت جامد و گاز کربن دی اکسید در حالت ابربحرانی، اسفنج های نانوکامپوزیتی و هیبریدی بر پایه پلی پروپیلن تقویت شده با نانولوله های کربن و الیاف شیشه تولید شدند. فرضیه اصلی در این پژوهش، بررسی اثر ریزساختار و مقدار هر یک از اجزای کامپوزیت بر خواص الکتریکی، جذب امواج الکترومغناطیس و خواص مکانیکی است. روش ها ابتدا، ریزساختار نانوکامپوزیت ها، هیبریدها و نیز اسفنج های تولیدشده، با میکروسکوپی الکترونی پویشی بررسی شد. در ادامه، خواص الکتریکی و حفاظت از تداخل امواج الکترومغناطیس نمونه های نانوکامپوزیتی به ترتیب با روش چهارنقطه ای و دستگاه تحلیل گر برداری ارزیابی شد. در نهایت، اثر افزودن الیاف شیشه و نانولوله کربن بر خواص مکانیکی کششی، فشاری و ضربه نیز بررسی شد. یافته ها با اختلاط مذاب نانولوله ها، توزیع و پراکنش مناسبی در ماتریس پلی پروپیلنی به دست آمد. با افزودن نانولوله های کربن اندازه متوسط سلول های اسفنج از 49µ, m به 22. 5µ, m کاهش و چگالی سلولی نیز افزایش یافت. بررسی اثر افزودن الیاف بر ریزساختار سلولی نشان داد، به طور کلی اندازه سلول با افزودن الیاف به دلیل هسته گذاری ناهمگن به دور الیاف افزایش یافت، اما اندازه سلول هایی که در مجاورت الیاف نبودند، کاهش یافت. با افزودن %3 وزنی نانولوله های کربن رسانندگی الکتریکی در نمونه های جامد از 16-10×1. 7 به 4-10×4. 7 و در نمونه های اسفنجی از 18-10×1. 6 به 5-10×3. 36 افزایش یافت. همچنین، بازده حفاظت از تداخل الکترومغناطیسی در نمونه جامد PP/CNT3 به 11dB و در نمونه اسفنجی PP/CNT3-F به 9. 5dB رسید. نتایج آزمون های مکانیکی نشان داد، با افزودن نانوذرات کربن خواص مکانیکی کششی بهبود می یابد. همچنین، افزودن الیاف شیشه به نمونه های جامد باعث بهبود مدول و استحکام کششی می شود. اما، به دلیل برهم کنش ضعیف با پلی پروپیلن خواص کششی در نمونه های اسفنجی کاهش می یابد. نتایج استحکام فشاری و استحکام ضربه ای اسفنج ها نشان داد، با افزودن الیاف و نانوذرات این خواص نیز بهبود می یابند.

فرضیه نانوفیلترکردن روش سودمندی برای جداسازی و خالص سازی مخلوط های آبی و غیر آبی است و در کاربردهای مختلفی از جمله پس زنی رنگینه از آب استفاده می شود که مهم ترین کاربرد این حوزه است. در بهبود عملکرد پس زنی و شار غشاها، که دو عامل بسیار مهم در تعیین عملکرد غشای نهایی هستند، همچنان چالش هایی وجود دارد. بر این اساس در پژوهش حاضر، از نانوذرات MIL-53(Al) به دلیل داشتن خواصی همچون آب دوستی زیاد، اندازه حفره های کم و نیز پایداری زیاد در محیط های آبی استفاده شدند. روش ها در این مطالعه، ابتدا نانوذرات MIL-53(Al) سنتز شدند. سپس، غشاهای ماتریس ترکیبی از پلی اتر سولفون دارای نانوذرات MIL-53(Al) با روش ادغام شده جدایی فاز القایی با بخار و ضدحلال برای جداسازی رنگینه از محلول های آبی تهیه شدند که در آن از دی اکسان به عنوان حلال کمکی استفاده شد. در نهایت، بررسی و شناسایی نانوذرات و غشاهای تهیه شده با آزمون های طیف نمایی نشر نوری با پلاسمای جفت شده القایی، طیف نمایی زیرقرمز تبدیل فوریه با بازتاب کلی تضعیف شده (FTIR)، پراش سنجی پرتو X، تعیین زاویه تماس و میکروسکوپی الکترونی نشر میدانی (FE-SEM) انجام شد. یافته ها ترکیب درصدهای مختلف غشا با مقادیر متفاوت MIL-53(Al) تهیه شدند تا غشایی با عملکرد برتر برای کاربرد در پس زنی رنگینه با شار زیاد به دست آید. عملکرد غشاهای ساخته شده برای پس زنی رنگینه های مختلف (شامل سبز متیل، رودامین B، بلور بنفش و آبی متیلن) از محلول های آبی بررسی و مشخص شد، غشای بهینه دارای عملکرد عالی در پس زنی رنگینه ها (شامل 99. 8، 99. 5، 99. 2 و 97. 1 به ترتیب برای سبز متیل، رودامین B، بلور بنفش و آبی متیلن) و نیز شار زیاد (6. 1L/m2. h. bar) است. عملکرد بلندمدت غشای بهینه نیز بررسی شد که بر اساس آن غشا پس زنی رنگینه و نیز شار نسبتا ثابت با گذشت زمان را نشان داد.

فرضیه تخلخل و اندازه منفذ فیلم های متخلخل پلی استیرنی (PS) تهیه شده با روش رسوب دهی غوطه وری با تغییر ترکیب اجزا تنظیم پذیر است. اثر تغییر ترکیب اجزا بر خواص فیلم های متخلخل با مشخصه های ترمودینامیکی قابل تبیین است. روش ها محلول PS-کلروفرم به همراه افزودنی های کوپلیمر قطعه ای (پلی استیرن-پلی(آکریلیک اسید)، پلی (اتیلن گلیکول) و گلیسیرین) یا ضدحلال (2-پروپانول) تهیه شد. سپس، محلول ریخته گری و در حمام انعقاد 2-پروپانول-کلروفرم غوطه ور شد. فیلم متخلخل حاصل با میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) تصویربرداری و با آزمون تصویری ارزیابی شد. نمودار فازی سامانه با اندازه گیری های تجربی (نقطه ابری شدن) و روش نظری رسم شد. خواص ترمودینامیکی محلول و حمام انعقاد با اختلاف فشار اسمزی ضدحلال (Δ, Π, NS) و اختلاف فشار اسمزی حلال (Δ, Π, S) بین محلول و حمام انعقاد ارزیابی شد. افزون بر این، نسبت نزدیکی محلول (ARSolution) و حمام (ARBath) به منحنی دوگره ای (باینودال) نیز به دست آمد. یافته ها تخلخل و اندازه منفذ فیلم ها با کاهش غلظت پلیمر محلول و اضافه کردن افزودنی ها به محلول ریخته گری افزایش یافت. با کاهش غلظت پلیمر از %17wt به 12wt% ساختار فیلم از چگال به متخلخل (تخلخل %35 و متوسط قطر منفذ 2. 8) تغییر کرد. افزودن مقادیر نسبتا کمی از PEG400 و گلیسیرین به محلول ریخته گری (%20 وزنی نسبت به PS) موجب افزایش شایان توجه تخلخل فیلم ها از %35 به ترتیب به 54 و %66 شد. با افزودن ضدحلال به محلول، تخلخل و اندازه منفذ ابتدا کاهش و سپس افزایش یافت. افزودن حلال به حمام انعقاد به افزایش تخلخل فیلم ها کمک کرد. افزودن ضدحلال به محلول و حلال به حمام انعقاد به ترتیب با کاهش کیفیت حلال (افزایش ARSolution) و کاهش قدرت رسوب دهی منعقدکننده (افزایش ARBath) برای پلیمر همراه بودند. افزایش تخلخل و اندازه منفذهای فیلم به طورعمده با افزایش Δ, Π, NS و کاهش Δ, Π, S همراه بودند.