مواد متراكبة بوليمرية نانوية مطورة لتطبيقات أصلاح الانسجة العظمية

الباحث

زهراء كريم ماشي هادي

المشرف

مسار نجم عبيد

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية هندسة المواد / هندسة البوليمرات والصناعات البتروكيماوية

الشهادة

ماجستير

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Polymer Nanocomposites; Bone Tissue Engineering; Biomaterials; Scaffolds

تؤثر عيوب أنسجة العظام على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. تعتمد إصلاحات عيوب العظام على دمج أو استبدال التطعيم العظمي. العلاجات الحالية لعيوب العظام غير كافية وتفتقر إلى التكنولوجيا Ad si gall كما ان الطرق علاجية التقليدية والشائعة مثل تطعيم عظمي alallogeneic bone grafting) يحقق التأثير العلاجي المثالي. مما دفع الباحثين إلى استكشاف طرق جديدة لتجديد العظام للتغلب على الأمراض السريرية المختلفة مثل التهابات العظام وأورام العظام وفقدان العظام بسبب (trauma) cloacal وفي العقود الأخيرة، طورت هندسة أنسجة العظام (871)وكانت رائدة في هذا المجال وتم تسلط egal على تصميم سقالات lady (BTE) لبيولوجيا العظام وتوفر الأساس المنطقي لتصميم الجيل التالي من سقالات BTE التي تتوافق مع التثام العظام الطبيعي وتجديدها. لذلك تم تكريس الباحثين في مجال هندسة أنسجة العظامء وتركز الاهتمام على تطوير المواد المركبة للتطبيقات الطبية الحيوية لمعالجة مشاكل العظام. وعلى الرغم من استخدام مركبات البوليمر الصناعية والطبيعية، الا انه قد حلت البوليمرات الطبيعية محل البوليمرات الصناعية بسبب التوافق الحيوي المحسن والطبيعة الغير سامة لمنتجاتها القابلة للتحلل. ويذلك يتم استخدام سقالة بوليمرية قابلة للتحلل لتعزيز نمو الأنسجة وإعادة تشكيلها مع تشكل العظم الجديد، وسوف تتحلل الدعامة المؤقتة وبمتصها الجسم. في الدراسة الحالية، تم تحسين الخواص البيولوجية والمورفولوجية والميكانيكية للشيتوزان (CS) المقوى ب هيدروكسي اباتيت (HA) وأكسيد الزنك (ZNO) وتم تحقيق ذلك في ثلاث خطوات Ye تضمنت الخطوة الأولى: خلط البوليمر الطبيعي (الشيتوزان) مع بوليمر صناعي (بولي إيثيلين جلايكول) (PEG) كمادة ملدنة بنسب مختلفة PEG) :80:20,90:10(:)05 ، 70:30)/ على التوالي والتي تم تحضيرها بطريقة الصب . وبناء على مرونة العينة، تم اختيار مزيج )70:30( / وتقويته بثلاثة نسب وزنية مختلفة من جزيئات هيدروكسي ابتيت النانوبة Yow.t) HA 1,2,3 ) ,تم تقييم هذه المادة المركبة النانوية باستخدام فحص (!!1 )،2 و (DSC) الفحص المجهري الإلكتروني و SEM) -15)المجهر الإلكتروني لمسح الانبعاث الميداني ، الفحص المجهري للقوة الذرية (AFM) اختبارات الترطيب والانتفاخ والتحلل. ووجد أن نسبة )3%( من HA كانت الأفضل بسبب خواصها العالية من الخصائص الميكانيكية والفيزبائية والبيولوجية. اما الخطوة الثانية تضمنت اضافة ثلاثة نسب مختلفة من أكسيد الزنك النانوي %ZnO) 0.3,0.5,0.7) إلى المادة المركبة (70%CS/30%PEG/3%HA)( nanocomposite): stil لتحضير مادة مركبة نانوبة هجينة( Hybrid (nanocomposite 4 تم اجراء فحوصات المورفولوجية، والميكانيكية، وقابلية البلل، والانتفاخ، والتحلل، والنشاط المضاد للبكتيرياء والسمية الخلودة. اذ أشارت نتائج FTIR لفيلم المادة المركبة نانوية إلى تداخلات جيدة وتكون رابطة هيدروجينية بين البوليمرين وأيضًا مع الجسيمات النانوية من ،ZNO y HA وأظهر نتائج عينة FE-SEM ل (CS / PEG HA) / و ZnO) / ثلا / (CS / PEG الى مزيجًا جيدًا من CS و PEG مع تشتت جيد لجسيمات النانوية (HA,ZnO%) داخل1/13111 . كما كشفت نتائج اختبار قابلية التبلل عن إضافة PEG والجسيمات النانوية من HA و ZNO إلى say CS قابلية التبلل ل VCS انخفضت زاوبة التلامس من "94 درجة CS النقي إلى 38° درجة (CS/PEG/3%HA)asic و “26 ل (CS/PEG/3%HA/0.5%ZnO) مماجعلت طبيعة سطح المركب النانوي الهجين أكثر حبا للماء مما يدعم التوافق الحيوي ونمو الخلايا الحية عليه. ely على نتائج دراسات الانتفاخ، تمت زيادة نسبة الانتفاخ لمزيج PEG / 05 في وسط الزرعة (محلول Loe ،(PBS يسمح للمواد الغذائية بالتدفق بسهولة أكبر من خلاله بينما انخفض معدل الانتفاخ للمركبات النانوية بشكل طفيف مع زيادة نسبة HA / وأيضًا ينخفض الانتفاخ للمركب النانوي الهجين قليلاً وببلغ معدل التناقص (3) / مع إضافة 0.596 من ZNO ويعود لدخول الجسيمات النانوية بين سلاسل البوليمر وتحتل المزيد من المساحات. علاوة على ذلك، زاد معدل التحلل السقالات (الدعامات) المركبة مع إضافة PEG ومع ذلك، فقد انخفض بشكل طفيف مع إضافة الجسيمات النانوية (ZZNO HA) بسبب وجود الجسيمات النانوية التي عززت ثبات (Scaffold) Yau) ولكنها تظل Lad التحلل بمقدار مقبول. كما أظهرت نتائج AFM زيادة خشونة سطح CS بإضافة 30% PEG لكن خشونة السطح انخفضت مع زيادة نسبة الجسيمات النانوية (HA,ZNO) لكنها لا تزال سطوح Bala تم الكشف عنها من asd (رم5) أعلى من )3( مما عزز التصاق الخلايا الحية. وايضا مع متغير أخر للخشونة وهو مؤشر تحمل السطح (ن5)وهو Alla للخصائص الميكانيكية وتزداد قيمته مع مزيج CS و PEG وتقويتها بالجسيمات النانوية Zw.t (HA,Zn0) وهذه النتائج ل (Sp) التي دعمت نتائج اختبار الشد الذي أشار الى تحسين الخواص الميكانيكية CSI ازدادت الخواص الميكانيكية (مقاومة الشد ومعامل المرونه) بزيادة نسبة AHA) و200/)، اذ ازدادت مقاومة الشد بنسبة 84% وزادت مرونة المعامل بنسبة 62% مع إضافة جزيئات نانوية بنسبة 0.590 من ill, ZNO تدعم تجديد(ترميم) العيب العظمي. علاوة على cll من الاختبار المضاد للبكتيريا تبين ان هناك خصائص مضادة للبكتيريا للمركب النانوي الهجين والتي تم تعزيزها بزيادة النسبة الوزنية من HA و ZNO , كما اشار اختبار MTT إلى أن السقالة (الدعامة) تعزز القابلية الحيوية لخلايا (1010.1/16-63! ) والانتشار في السقالات وبالتالي، يمكن أن يعمل هذا المركب النانوي الهجين كمرشح لاستخدامه في هندسة أنسجة العظام. كانت الخطوة الثالثة هي إضافة الجلترالدهايد (GA) بنسبة(2)0.0290 باعتباره Bale مشبكة(/©/01055110)لأفضل نسبة من مزيج البوليمر (70%CS/30%PEG) ، مركب نانوي مقوى ب CS/30%PEG/3%HA) 70%(، ومركب نانوي هجين (CS/PEG/3%HA/ZNO) لمعرفة تأثير 1121| 01055) على خصائص المركبات Aa gill] المحضرة. اذ أظهرت النتائج ان المزبج البوليمري المتشابك مع GA له قابلية تبلل عالية مقارنة بالمركب النانوي والمركب النانوي الهجين المتشابك مما يدل على زيادة زاوية التلامس بسبب استخدام -CrosslinkerclacSGA علاوة على ذلكء اذ تقل مقاومة الشد ومعامل المرونة والاستطالة مع إضافة GA مقارنة بالأفلام uncrosslinker بسبب الروابط المكونة تكون أكثر إحكاما مع إضافة الجلترالدهايد مما يؤدي إلى تقليل الخواص الميكانيكية.

Bone tissue defects affect millions of people worldwide. Although they are common treatment modalities, they are subjective allogeneic bone grafting that did not achieve the ideal therapeutic effect. This has prompted researchers to explore new ways of bone regeneration to overcome various clinical diseases such as bone infections, bone tumors, and bone loss by trauma. In recent decades, bone tissue engineering (BTE) has been developing Scaffolding has been a pioneer in this field and highlights the design of BTE scaffolds according to bone biology and provides a rationale for the design of next-generation BTE scaffolds correspond to natural bone healing and regeneration. Therefore, researchers have been devoted to bone tissue engineering, and the interest has been focused on the development of composite materials for biomedical applications to address the above-mentioned problems. Though both synthetic and natural polymer composites have been used natural polymers have replaced synthetic polymers due to the improved biocompatibility and non-toxic nature of their degradable products. Thus, a Biodegradable polymeric scaffold is used to promote tissues growth and remodeling as the new bone is formed, the temporary scaffold will degrade and be absorbed by the body In the current study, It improved the biological, morphological, and mechanical properties of chitosan (CS) by the synergetic effect of hydroxyapatite (HA) and zinc oxide (ZnO) nanoparticles Thus, These were achieved in three steps, The first step included the used of nature polymer (Chitosan) and blended with synthetic polymer polyethylene glycol (PEG) as a plasticizer at different ratios (CS: PEG) (90:10, 80:20, 70:30)% respectively which prepared by casting method. Based on its flexibility, the (70:30) % blend is chosen and reinforced with three different weight fractions of hydroxyapatite nanoparticles (HA) (1, 2, and 3) w.t%. These nanocomposites were evaluated using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR ( , Differential Scanning Calorimetry (DSC), Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), wettability, swelling, and degradation tests. It was found that the 3% w.t of HA was the best one due to its higher properties from mechanical, physical, and biological properties. The second step included three different percent of Nano zinc oxide (ZnO) (0.3,0.5 and 0.7) w.t % are added to the nanocomposite (CS/PEG/ 3% HA) to prepare hybrid nanocomposite and then described for morphological, mechanical, wettability, swelling, degradation, antibacterial activity, and cytotoxicity. FTIR results for nanocomposite film indicated good interactions and created hydrogen bonding between the two polymers and also with nanoparticles of HA and ZnO. FE-SEM for (CS/PEG/HA), and (CS/PEG/HA/ZnO) showed a well-integrated blend of CS and PEG with good dispersion and embedding of nanoparticles (HA and ZnO) within the matrix. The results of the wettability test revealed to the addition of the PEG and nanoparticles of HA and ZnO to CS increased the wettability of CS The contact angle decreased from 94° of neat CS to 38° at (CS/PEG/3%HA) and 26 ͦ at ((CS/PEG/3%HA/0.7% ZnO)) made the nature of the hybrid nanocomposite surface more hydrophilic which supports the biocompatibility and the ingrowth of living cells on it. Based on the results of swelling studies, The swelling ratio of CS/PEG-blend has been increased in the culture medium, allowing nutrients to flow more easily through it while the swelling rate for nanocomposite was slightly decreased with increased percent of HA% and also, the hybrid nanocomposite slightly decrease and the rate of decrementation is (3) % with the addition 0.5 % ZnO due to nanoparticles are getting in between the polymer chains and occupying more spaces. Moreover, The Degradation rate of composite scaffolds increased with the addition of PEG, however, it slightly decreased with the addition of nanoparticles of ( HA and ZnO w.t%) due to the presence of nanoparticles enhanced the stability of the scaffolds but remain in acceptance value. The AFM results showed the surface roughness of CS increased by adding 30%PEG, But the surface roughness decreased with increased the percent of nanoparticles (HA and ZnO) however it stilled sharped surfaces which detected from the value of Kurtosis (S ku ) (S ku is above 3,) that enhanced the adhesion of living cells. Another parameter of roughness is the surface bearing index (S bi ) which is a function of the mechanical properties and is increased with blend CS with PEG and reinforced with nanoparticles (HA, ZnO) w.t% that supported the results of the tensile test that referred to improve the mechanical properties of CS The mechanical properties (Tensile strength and elastic of modulus) increased with increased percent of (HA% and ZnO%), The tensile strength increased by 84%, and the Elastic of modulus increased by (62) % with the addition of nanoparticles of 0.5% ZnO which support the bone defect regeneration. Furthermore, from the antibacterial test, the hybrid nanocomposite had antibacterial properties which were enhanced with increased weight fraction of HA and ZnO. MTT test indicates that the scaffold promotes cell viability (MG-63, HdFn) and proliferation in the scaffolds Thus, this hybrid nanocomposite could serve as a potential candidate to be used for bone tissue engineering. The third step was adding glutaraldehyde (0.02% GA) as a cross-linker to the best ratio of the polymeric blend (70%CS/30%PEG), nanocomposite reinforced withHA (CS/PEG/3%HA), and hybrid nanocomposite (CS/PEG/3%HA/0.5%ZnO) to find out the effect of the cross-linker on the properties of prepared nanocomposites. Moreover, the polymeric blend cross-linked with GA showed higher wettability compared to nanocomposite and hybrid nanocomposite which demonstrates the contact angle increased due to the use of GA as a cross-linker. Moreover, the tensile strength, Elastic modulus and Elongation decrease with the addition of GA compare with non-cross-linked films due to bonds that form getting more compact with the addition of glutaraldehyde leading to reducing the mechanical properties.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب