جدیدساخت هیدروژل نانوساختار با خاصیت خود ترمیم شوندگی
ساخت هیدروژل نانوساختار با خاصیت خود ترمیم شوندگی
پژوهشگران دانشگاه اراک موفق شدند هیدروژلی نانوکامپوزیتی تولید کنند که از خاصیت خودترمیم شوندگی برخوردار است. از این هیدروژل می‌توان در درمان فتودینامیکی سلول‌های سرطانی و آسیب‌دیدگی‌های بافت‌های نرم بدن از جمله پوست استفاده نمود. این پژوهش در مقیاس آزمایشگاهی انجام شده و با توجه به کاربردهای زیاد آن امید است در آینده به مرحله‌ی تجاری‌سازی برسد.
هیدروژل‌ها شبکه‌های سه‌بعدی آب‌دوست و دارای اتصالات عرضی هستند که در تماس با آب متورم می‌شوند، اما حل نمی‌گردند. این ترکیبات می‌توانند اشکال فیزیکی مختلفی شامل ورقه، میکروذره، نانوذره و ساختار پوششی و فیلم داشته باشند. به دلیل همین تنوع ساختار، هیدروژل ها به‌طور متداول در زمینه‌های گوناگون پژوهشی نظیر زیست حسگرها، مهندسی بافت، جداسازی مولکول‌های زیستی یا سلول‌ها و تنظیم چسبندگی زیستی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دکتر علیرضا کریمی ضمن یادآوری کاربرد گسترده و روزافزون هیدروژل در حوزه‌های مختلف، به تبیین اهداف دنبال شده در این طرح پرداخت: «پلیمر کیتوسان یک پلیمر طبیعی و دارای خواص زیست سازگاری بسیار خوب است، اما خواص مکانیکی ضعیفی دارد. ازاین‌رو در طرح حاضر سعی شده با ایجاد یک خاصیت نانوکامپوزیتی به کمک نانولوله‌های کربنی، هیدروژل‌هایی با خواص مطلوب زیستی، خودترمیم شوندگی، مکانیکی و ویژگی‌های الکتریکی تولید گردد.»
وی ادامه داد: «در طرح حاضر یک هیدروژل پایه کیتوسان سنتز شده است که دارای ساختار سه‌بعدی با اندازه حفرات در ابعاد نانو هستند. به‌علاوه این هیدروژل‌ها از خاصیت خود ترمیم شوندگی برخوردار بوده و خواص مکانیکی آن‌ها با ایجاد یک ساختار نانوکامپوزیتی، به میزان قابل‌توجهی بهبود یافته است. این هیدروژل‌ها قادرند در مواقع آسیب‌دیدگی بدون نیاز به دخالت عوامل خارجی، خود را ترمیم کنند.»
کریمی در رابطه با بهره‌گیری از فناوری نانو در انجام این طرح گفت: «همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، هیدروژل سنتز شده دارای ساختار نانومتخلخل است. به سبب این ویژگی، نسبت سطح به حجم آن به میزان قابل‌توجهی افزایش یافته و این موضوع موجب افزایش قابلیت جذب سطحی، برهمکنش با اتم‌ها، یون‌ها و مولکول‌ها می‌گردد. درواقع این ساختار می‌تواند مانند یک نانورآکتور عمل کند و علاوه بر حوزه‌ی پزشکی، در زمینه‌های مختلف دیگری نظیر جداسازی گازها و ذخیره‌سازی انرژی کاربرد داشته باشد. از سوی دیگر، در سنتز این هیدروژل از نانولوله‌های کربنی بهره گرفته شده است. نانولوله‌های کربنی به سبب دارا بودن خواص منحصربه‌فرد مکانیکی و الکتریکی، موجب شده‌اند هیدروژل سنتز شده نهایی، خواص مکانیکی و الکتریکی خود را از نانولوله‌های کربنی به ارث ببرند.»
این محقق با اشاره به کاربرد این هیدروژل ها در دارورسانی هدفمند افزود: «هیدروژل‌های خودترمیم شونده این قابلیت را دارند تا در برابر تنش‌های وارد شده تغییر شکل داده و پس از رفع تنش دوباره به حالت اولیه‌ی خود بازگردند. این ویژگی‌ها سبب می‌شود هیدروژل به‌آسانی توسط یک سرنگ به بدن تزریق شود و بلافاصله پس از تزریق فرم اولیه خود را بازیابد. این ویژگی سبب می‌شود ژل به بافت موردنظر تزریق شده و مشکلات ناشی از جراحی و یا نگرانی به سبب انتشار نامناسب دارو مرتفع گردد.»
این تحقیقات از تلاش‌های دکتر علیرضا کریمی- عضو هیأت علمی دانشگاه اراک- و اعظم خدادادی- دانش‌آموخته‌ی مقطع دکترای دانشگاه اراک- است. نتایج این کار در مجله‌ی ACS Applied Materials & Interfaces با ضریب تأثیر ۷/۱۴۵ (جلد ۸، شماره‌ی ۴۰، سال ۲۰۱۶، صفحات ۲۷۲۵۴ تا ۲۷۲۶۳) چاپ شده است.
منبع :
Mechanically Robust 3D Nanostructure Chitosan-Based Hydrogels with Autonomic Self-Healing Properties
Fabrication of hydrogels based on chitosan (CS) with superb self-healing behavior and high mechanical and electrical properties has become a challenging and fascinating topic. Most of the conventional hydrogels lack these properties at the same time. Our objectives in this research were to synthesize, characterize, and evaluate the general properties of chitosan covalently cross-linked with zinc phthalocyanine tetra-aldehyde (ZnPcTa) framework. Our hope was to access an unprecedented self-healable three-dimensional (3D) nanostructure that would harvest the superior mechanical and electrical properties associated with chitosan. The properties of cross-linker such as the structure, steric effect, and rigidity of the molecule played important roles in determining the microstructure and properties of the resulting hydrogels. The tetra-functionalized phthalocyanines favor a dynamic Schiff-base linkage with chitosan to form a 3D porous nanostructure.
Based on this strategy, the self-healing ability, as demonstrated by rheological recovery and macroscopic and microscopic observations, is introduced through dynamic covalent Schiff-base linkage between NH2 groups in CS and benzaldehyde groups at cross-linker ends. The hydrogel was characterized using FT-IR, NMR, UV/vis, and rheological measurements. In addition, cryogenic scanning electron microscopy (cryo-SEM) was employed as a technique to visualize the internal morphology of the hydrogels. Study of the surface morphology of the hydrogel showed a 3D porous nanostructure with uniform morphology. Furthermore, incorporating the conductive nanofillers, such as carbon nanotubes (CNTs), into the structure can modulate the mechanical and electrical properties of the obtained hydrogels.
Interestingly, these hydrogel nanocomposites proved to have very good film-forming properties, high modulus and strength, acceptable electrical conductivity, and excellent self-healing properties at neutral pH. Such properties can be finely tuned through variation of the cross-linker and CNT concentration, and as a result these structures are promising candidates for potential applications in various fields of research.
دیدگاه کاربران