علوم و تکنولوژی پلیمر
سال:1399 | دوره:33 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

مهندسی بافت، مثلثی با سه ضلع از انواع مختلف سلول ها، زیست مولکول های کوچک، عامل رشد و داربست با هدف بازیابی، ترمیم و بهبود عملکرد بافت است. در مهندسی بافت، چسبندگی، رشد، تکثیر و تمایز سلول ها نیازمند کنترل دقیق عامل های بیرونی نظیر خواص فیزیکی داربست به عنوان ماتریس برون سلولی (ECM)، نوع و مقدار مولکول های فعال زیستی مانند زیست مولکول های کوچک، پپتیدها و پروتیین هاست. بنابراین برهم کنش داربست های سنتزی و طبیعی با سلول ها، باید بازتابی از ریزمحیط سلولی در بدن باشد. در این مقاله، روش های مختلف تهیه هیدروژل های تزریق پذیر تشکیل شونده درجا با کاربرد پزشکی و بازسازی بافت شرح داده شده که با پیوندهای شیمیایی یا برهم کنش های فیزیکی شبکه ای می شوند. این نوع هیدروژل ها در کاربردهای مهندسی بافت بسیار جالب توجه هستند. زیرا به آسانی می توانند سلول ها یا زیست مولکول ها را به بافت آسیب دیده انتقال دهند. نبود سمیت شدید و وجود حداقل جراحت و درد هنگام جراحی در بیمار از برتری های هیدروژل های تزریق شونده است. روش های شیمیایی متنوعی مانند شیمی کلیک، افزایش Michael، باز شیف و واکنش آنزیمی برای شبکه ای کردن هیدروژل های تزریق پذیر به کار گرفته شده است. برخی از هیدروژل ها را می توان با برهم کنش های فیزیکی نظیر برهم کنش های یونی، پیوند هیدروژنی و برهم کنش ابرمولکولی بدون وجود عامل های بیرونی در شرایط فیزیولوژی بدن تهیه کرد. در این مطالعه، افزون بر روش های مختلف تهیه، جنبه های کاربردی این هیدروژل ها در پزشکی ترمیمی و دستاورد های حاصل از آن در مهندسی بافت مرور می شود.

فرضیه: طراحی و تولید رسن های هیبریدی تایر، روشی ساده و مقرون به صرفه برای بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی تایر بوده و بر مصرف سوخت خودرو نیز اثرگذار است. روش ها: در این مطالعه، برای دستیابی به مواد تقویت کننده جدید با عملکرد بهتر به کمک الیاف متداول، از دولاتابی نخ های نایلون 6، 6 و پلی استر به یکدیگر، رسن تایر هیبریدی تولید شد. اثر مقدار تاب و نسبت چنبرش بر خواص گرمایی و مکانیکی رسن هیبریدی مطالعه شد. رسن های تولیدشده، دارای مقادیر مختلف تاب 300، 350 و 400tpm و نسبت چنبرش 1. 00، 1. 03 و 1. 05 بودند. خواص مکانیکی شامل استحکام و خزش بررسی شد. جمع شدگی گرمایی و نیروی جمع شدگی نیز اندازه گیری و با نمونه های مرجع، رسن ها و نخ های نایلونی و پلی استری مقایسه شد. آزمون دینامیکی-مکانیکی-گرمایی (DMTA) برای بررسی نیروی جمع شدگی و خزش نمونه ها به کار گرفته شد. یافته ها: نتایج نشان داد، کرنش تسلیم و جمع شدگی تمام رسن های هیبریدی کمتر از رسن نایلونی و بیشتر از رسن پلی استری بود. افزایش مقدار تاب به کاهش نیرو در ازدیاد طول ویژه (LASE) و افزایش خزش منجر می شود که دلیل آن زاویه مارپیچ میان محور الیاف و محور رسن است. افزون بر این، LASE با افزایش نسبت چنبرش، کار تا حد گسیختگی و خزش افزایش می یابد. همچنین ازدیاد مقدار تاب و نسبت چنبرش، به افزایش جمع شدگی و نیروی جمع شدگی منجر می شود. بر اساس نتایج، رسن هیبریدی با نسبت چنبرش 1. 05 به دلیل پایداری ابعادی و خواص مکانیکی خوب، می تواند برای طراحی تایرهای کارآمد استفاده شود.

فرضیه: یکی از روش ها: ی بهبود رسانندگی الکتریکی نانوکامپوزیت ها استفاده از آمیخته های امتزاج ناپذیر دارای پرکننده رسانا بر اساس مفهوم تراوایی دوتایی است. در پژوهش حاضر، خواص الکتریکی و ریولوژیکی آمیخته پلی اتیلن پرچگالی-پلی آمید6 (HDPE/PA6) در مجاورت نانولوله های کربن چنددیواره (MWCNTs) بررسی شد. روش ها: نمونه های بر پایه آمیخته HDPE/PA6 به همراه پلی اتیلن پرچگالی پیوندخورده با مالییک انیدرید (HDPE-g-MA) به عنوان سازگارکننده و نیز دارای 1، 3 و %5 وزنی MWCNTs با روش اختلاط مذاب در مخلوط کن داخلی تهیه شدند. سپس، آزمون های مختلف برای بررسی شکل شناسی، ریولوژی و خواص الکتریکی نمونه های دارای مقدارهای وزنی مختلف MWCNT انجام و نتایج حاصل مطالعه شد. یافته ها: تصاویر میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) نمونه پرنشده شکل شناسی به هم پیوسته را نشان داد و وجود MWCNTs در آمیخته نیز موجب کاهش تنش بین سطحی به شکل شناسی به هم پیوسته و سازگاری آمیخته شد. خواص ریولوژیکی با طیف نمایی ریومتر مکانیکی مذاب (RMS) مطالعه شد. نتایج نشان داد، با افزایش مقدار MWCNTs، مدول ذخیره و گرانروی مختلط نانوکامپوزیت ها نسبت به آمیخته خالص افزایش یافت و مدول ذخیره در نهایت به ناحیه مسطح در بسامد کم رسید که بیانگر آستانه تراوایی ریولوژیکی نانوکامپوریت است. مدول ذخیره و ضریب اتلاف نمونه های آمیخته با آزمون دینامیکی-مکانیکی (DMA) ارزیابی شد. با افزایش مقدار MWCNT، بیشینه ضریب اتلاف مربوط به فاز PA6 در نانوکامپوزیت ها نسبت به فاز مشابه در آمیخته پرنشده کاهش یافت. همچنین، دمای بیشینه ضریب اتلاف فاز PA6 به دماهای بیشتر جابه جا شد، در حالی که بیشینه ضریب اتلاف فاز HDPE تقریبا ثابت بود که بیانگر وجود مقدار بیشتری MWCNTs در فاز PA6 است. نتایج رسانندگی الکتریکی با روش کاونده چهارنقطه ای نشان داد، رسانندگی الکتریکی نانوکامپوزیت با افزودن %5 وزنی MWCNTs افزایش چشمگیری یافته است.

فرضیه: پلیمرشدن تعلیقی استیرن در مجاورت ذرات گرافیت انجام شد. برای درک بهتر فرایند و تنظیم عامل های آن، سینتیک گرمایی واکنش پلیمرشدن بررسی شد. اثر عامل های مختلف فرایند بر توزیع اندازه دانه ها ارزیابی و مقدار رسانندگی گرمایی اسفنج های حاصل مطالعه شد. روش ها: شناسایی محصول و سینتیک گرمایی واکنش پلیمرشدن با آزمون های گرماسنجی تفاضلی پویشی (DSC)، گرماوزن سنجی (TGA) و اندازه گیری توزیع اندازه ذره و رسانندگی گرمایی ارزیابی شد. اثر علظت گرافیت و آغازگر بر سینتیک واکنش بررسی شد. یافته ها: نتایج نشان داد، با وجود ذرات گرافیت سرعت واکنش پلیمرشدن رادیکال آزاد به شدت کم شده و این موضوع موجب ناپایداری سامانه تعلیق و مانع از تولید محصول مناسب می شود. با تنظیم متغیر های فرایند مانند افزایش مقدار پایدارکننده ها (1 تا %2) و آغازگر (تا %0. 6 وزنی)، دفعات و زمان تزریق آن ها، پلیمرشدن استیرن در مجاورت گرافیت انجام شد. دانه ها کاملا کروی و بسیار ریز (کمتر از 420µ m) کمتر از %5 نسبت به محصول بودند. دانه های انبساط یافته طی فرایند پیش انبساط ساختار سلولی یکنواختی داشتند. مقدار پنتان باقی مانده درون دانه های پیش انبساط یافته به اندازه کافی (حدود %7 وزنی) بود تا در مرحله انبساط نهایی، قالب های اسفنج دارای جوش خوردگی مناسبی باشند. اسفنج های نهایی دارای 0، 1 و %1. 5 گرافیت بودند. مقدار رسانندگی گرمایی اسفنج های دارای گرافیت با افزایش مقدار گرافیت کاهش یافت. در نتیجه، اسفنج های دارای گرافیت در مقایسه با پلی استیرن انبساط یافته معمولی، عایق های گرمایی بهتری بودند. بنابراین برای کار ویژه گرمایی، به مقدار کمتری از پلی استیرن انبساط یافته دارای گرافیت نسبت به پلی استیرن معمولی نیاز است، در نتیجه هزینه کل عایق کاهش می یابد.

فرضیه: ایجاد تخلخل در لایه حساس کامپوزیت پلیمری رسانا موجب بهبود متغیرهای عملکردی حسگر شناسایی گاز تهیه شده می شود. روش ها: در این پژوهش، از کامپوزیت متخلخل پلی(وینیل الکل)-نانولوله کربن به عنوان لایه حساس برای شناسایی متانول، اتانول و آب (به عنوان زیست شناساگرهای سرطان ریه) استفاده شد. تخلخل در ماتریس پلیمری با روش جدایی فاز القایی با بخار ایجاد شد. محلول شامل %2 وزنی پلیمر در آب و %4 وزنی نانولوله کربن بود. فیلم تهیه شده از این محلول برای ایجاد تخلحل در معرض بخار استون قرار گرفت. شکل شناسی کامپوزیت متخلخل تهیه شده با آزمون های میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) و BET مطالعه شد. پاسخ لایه های حساس تهیه شده در برابر ماده مورد تجزیه هدف با دستگاه آزمون بخار بررسی شد. یافته ها: عکس های SEM ساختار متخلخل گره دار کامپوزیت ساخته شده را نشان داد. آزمون BET نیز حاکی از افزایش شایان توجه مقدار سطح ویژه کامپوزیت متخلخل در مقایسه با نمونه چگال بود. نتایج نشان داد، مقدار سطح ویژه تا 10. 93m2/g برای کامپوزیت متخلخل افزایش یافت. نتایج آزمون شناسایی گاز نشانگر بهبود چشمگیر متغیرهای عملکردی حسگر مانند حساسیت و زمان پاسخ در کامپوزیت متخلخل در مقایسه با نمونه چگال بود. آستانه تشخیص (LLD) نمونه چگال و کامپوزیت های متخلخل نسبت به بخار آب به ترتیب 50 و 1000ppm بود. دلیل افزایش را می توان به افزایش سطح ویژه کامپوزیت و در نتیجه افزایش دسترسی مولکول های ماده مورد تجزیه به موقعیت های حساس کامپوزیت پلیمری رسانا نسبت داد. همچنین، پاسخ لایه حساس تهیه شده بر اساس عامل های ترمودینامیکی مختلف بررسی شد. نتایج نشانگر این بود که δ a (جمع برداری اجزای پارامتر حل پذیری برهم کنش هیدروژنی و قطبی) به خوبی می تواند حساسیت کامپوزیت پلیمری رسانا تهیه شده را توجیه کند.

فرضیه: الاستومر گرمانرم پلی آمید6 (PA6)-آکریلونیتریل بوتادی ان (NBR) تقویت شده با نانوذرات در صنایع مختلف کاربرد دارند. افزودن نانوذرات به الاستومرهای گرمانرم بر استحکام کششی و ضربه ای، سازوکار شکست و خواص گرمایی نانوکامپوزیت ها موثر است. برای ساخت این نانوکامپوزیت ها فرایندهای مختلفی مانند اکسترودر، مخلوط کن داخلی و اصطکاکی اغتشاشی وجود دارد. روش ها: نانوکامپوزیت های PA6-NBR-خاک رس با استفاده از مخلوط کن داخلی و فرایند اصطکاکی اغتشاشی ساخته شدند. خواص مکانیکی و سازوکار شکست این نانوکامپوزیت ها با آزمون های مکانیکی (کشش، ضربه و سختی) و روش کار ضروری شکست (EWF) بررسی شد. پراش پرتو X و میکروسکوپی الکترونی پویشی (SEM) برای بررسی شکل شناسی نمونه ها به کار گرفته شد. یافته ها: نتایج نشان داد، استحکام کششی نمونه حاصل از مخلوط کن داخلی با افزودن نانوخاک رس تا %5 وزنی، افزایش و در بیش از %5 وزنی کاهش یافت. نمونه حاصل از فرایند اصطکاکی اغتشاشی با %7 وزنی نانوذرات خاک رس بیشترین استحکام کششی (35. 4MPa) را نشان داد. در نمونه حاصل از فرایند اصطکاکی اغتشاشی با %7 وزنی نانوخاک رس، مدول کششی و کار کلی شکست به ترتیب 75 و %56 فزایش یافت، درحالی که در نمونه مخلوط کن داخلی، مدول %50 افزایش و کار کلی شکست %5 کاهش یافت. با افزودن %7 وزنی نانوذرات به آمیخته PA6/NBR، استحکام ضربه ای نمونه های حاصل از فرایندهای اصطکاکی اغتشاشی و مخلوط کن داخلی به ترتیب 4 و %18 کاهش یافت. افزودن %7 وزنی نانوخاک رس به آمیخته PA6/NBR با فرایند اصطکاکی اغتشاشی، موجب بهبود خواص گرمایی همچون افزایش دماهای تبلور و ذوب به ترتیب از 195. 3 به 197. 1 و 221. 31 به 222. 5 درجه سلسیوس شد.