عوامل اثرگذار بر خواص شکل‌شناسی نانوالیاف هیبریدی ژلاتین-پلی کاپرولاکتون و پلی( وینیل الکل)-کیتوسان

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

بناب، دانشگاه بناب، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی نساجی، کد پستی 5551761167

چکیده

فرضیه: نانوفناوری یکی از فناوری‌هایی بوده که امروزه در تمام دنیا جایگاه مهمی را در صنعت پزشکی یافته است. از نانوالیاف الکتروریسی‌شده با ساختار به‌هم پیوسته، نسبت سطح به حجم زیاد و تخلخل مناسب در زمینه‌های مختلف پزشکی استفاده می‌شود. شکل‌شناسی نانوالیاف می‌تواند نقش مهمی را در خواص مکانیکی، گرمایی، فیزیکی و زیستی داربست تهیه‌شده ایفا کند. هدف اصلی این مقاله تولید نانوالیاف با شکل‌شناسی صاف، بدون شکستگی و دانه‌تسبیحی و قطر کم است.
روش‌ها: در این مطالعه سعی شده است تا به‌کمک نانوفناوری، تولید داربست‌های هیبریدی نانولیفی با استفاده از آمیخته پلیمرهای طبیعی پلی(وینیل الکل)-کیتوسان (PVA/CS) و ژلاتین-پلی‌کاپرولاکتون (Gel/PCL) با خواص مناسب برای کاربرد در ترمیم زخم بررسی شود. تولید این داربست با فرایند الکتروریسی دونازلی روبه‌روی هم انجام شد. بدین منظور، Gel/PCL از یک نازل و CS/PVA از نازل دیگر تزریق شده و نانوالیاف تولیدی روی جمع‌کننده چرخان جمع‌آوری شدند. در ادامه با طراحی آزمایش به روش تاگوچی، اثر پارامترهای متغیر نسبت PVA/CS در آمیخته 90:10، 80:20 و 70:30، نسبت Gel/PCL در آمیخته 80:20، 50:50 و 20:80 و سرعت تغذیه PVA/CS با مقادیر 1، 1.5 و  2mL/h بر خواص شکل‌شناسی داربست تولیدشده مطالعه شد. 
یافته‌ها: نتایج نشان داد، افزایش پلیمرهای طبیعی کیتوسان و ژلاتین در آمیخته به تولید نانوالیاف با قطر بیشتر منجر شده و افزایش سرعت تغذیه جزء PVA/CS که باعث تغییر در سرعت تغذیه جزء Gel/PCL می‌شود، قطر نهایی را افزایش داد. بنابراین، داربستی با درصدهای آمیخته‌ای 75:25 PVA/CS، 80:20 Gel/PCL، سرعت تغذیه  1mL/h و قطر میانگین 130nm شکل‌شناسی مناسبی دارد. داربست هیبریدی تهیه‌شده از آمیخته Gel/PCL-PVA/CS می‌تواند به‌عنوان زیست‌ماده بسیار مناسب و کاربردی در حوزه ترمیم زخم‌های دیابتی به‌شمار آید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Gelatin/Polycaprolactone and Polyvinyl Alcohol/Chitosan Hybrid Nanofibers: Determining Factors on Their Morphology

نویسندگان [English]

  • Marziyeh Ranjbar-Mohammadi
  • Farideh Tajdar
چکیده [English]

Hypothesis: Nowadays, nanotechnology has an important role in the medical industry. Electrospun nanofibers with interconnected structure, high surface-to-volume ratio and good porosity are used in various medical fields. Nanofibers morphology is very effective in their mechanical, thermal, physical and biological properties. The aim of this study is to produce structures with smooth surface and minimized diameter. 
Methods: Production assessments are made on hybrid nanofibrous structures using combinations of poly(vinyl alcohol)/chitosan (PVA/CS), and gelatin/polycaprolactone (Gel/PCL). The process is done through the electrospinning process of two nozzles facing each other. For this purpose, Gel/PCL has been injected from a nozzle and CS/PVA from another nozzle and the produced nanofibers are collected on a rotating collector. By a Taguchi test design the effect of variable parameters (PVA/CS ratios of 90:10, 80:20, 70:30; gel/PCL ratios of 80:20, 50:50, 20:80; and CS/PVA feed rates of 1, 1.5, 2 mL/h) on morphological properties of the produced scaffold is evaluated.
Findings: According to the results, nanofibers with the blend ratios of 75:25 and 80:20 for CS/PVA and gel/PCL, respectively, and flow rate of 1 mL/h for PVA/CS showed an average diameter of about 130 nm and a suitable morphology. A hybrid scaffold made of gel/PCL-PVA/CS can be considered as a very suitable and practical biomaterial in the field of diabetic wound healing, because the presence of gel and CS as natural polymers with excellent biological properties and PCL with high elastic property provide good conditions for imitating natural skin behavior.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid nanofibers
  • Taguchi
  • Chitosan
  • Gelatin
  • Polycaprolactone

مراجع

  1. Sarasam A. and Madihally S.V.J.B., Characterization of Chitosan-Polycaprolactone Blends for Tissue Engineering Applications, Biomaterials, 26, 5500-5508, 2005.
  2. Adeli H., Khorasani M.T., and Parvazinia M., Wound Dressing Based on Electrospun PVA/Chitosan/Starch Nanofibrous Mats: Fabrication, Antibacterial and Cytocompatibility Evaluation and In Vitro Healing Assay, J. Biol. Macromol., 122, 238-254, 2019.
  3. Gholipour A., Bahrami H., and Nouri M., Chitosan-Poly(vinyl alcohol) Blend Nanofibers: Morphology, Biological and Antimicrobial Properties, E-Polymer, 133, 2009.
  4. Heidari M., Bahrami H., and Ranjbar-Mohammadi M., Fabrication, Optimization and Characterization of Electrospun Poly(caprolactone)/Gelatin/Graphene Nanofibrous Mats, Sci. Eng. C, 78, 218-229, 2017.
  5. Heidari M., Bahrami H., Ranjbar-Mohammadi M., and Milan P.B., Smart Electrospun Nanofibers Containing PCL/Gelatin/Graphene Oxide for Application in Nerve Tissue Engineering, Sci. Eng. C, 103, 109768, 2019.
  6. Fallah M., Bahrami S.H., and Ranjbar-Mohammadi M., Fabrication and Characterization of PCL/Gelatin/Curcumin Nanofibers and Their Antibacterial Properties, Ind. Text., 46, 562-577, 2016.
  7. Ramakrishna S., An Introduction to Electrospinning and Nanofibers, World Scientific, 2005.
  8. Mohammadi Y., Soleimani M., Fallahi-Sichani M., Gazmeh A., Haddadi-Asl V., Arefian E., Kiani J., Moradi R., Atashi A., and Ahmadibeigi N., Nanofibrous Poly(ε-caprolactone)/Poly(vinyl alcohol)/Chitosan Hybrid Scaffolds for Bone Tissue Engineering Using Mesenchymal Stem Cells, J. Artif. Organs., 30, 204-211, 2007.
  9. Torricelli P., Gioffrè M., Panzavolta A.S., Gualandi C., Fini M., Letizi M., and Bigic A., Co-electrospun Gelatin-Poly(L-lactic acid) Scaffolds: Modulation of Mechanical Properties and Chondrocyte Response as a Function of Composition, Sci. Eng. C, 36, 130-138, 2014.
  10. Ranjbar-Mohammadi M., Shakoori P., and Arab-Bafrani Z., Design and Characterization of Keratin/PVA-PLA Nanofibers Containing Hybrids of Nanofibrillated Chitosan/ZnO Nanoparticles, J. Biol. Macromol., 187, 554-565, 2021.
  11. Baghersad S., Bahrami H., Ranjbar Mohammadi M., and Mojtahedi M.R., Development of Biodegradable Electrospun Gelatin/Aloe-Vera/Poly(ε‑caprolactone) Hybrid Nanofibrous Scaffold for Application as Skin Substitutes, Sci. Eng. C, 93, 367-379, 2018.
  12. Zarekhalili Z., Bahrami H., Ranjbar-Mohammadi M., and Milan P.B., Fabrication and Characterization of PVA/Gum Tragacanth/PCL Hybrid Nanofibrous Scaffolds for Skin Substitutes, J. Biol. Macromol., 94, 679-690, 2017.
  13. Paipitak K., Pornpra T., Mongkontalang P., Techitdheer W., and Pecharapa W., Characterization of PVA-Chitosan Nanofibers Prepared by Electrospinning, Procedia Eng., 8, 101-105, 2011.
  14. Arun A., Malrautu P., Laha A., and Ramakrishna S., Gelatin Nanofibers in Drug Delivery Systems and Tissue Engineering, Sci., 16, 71-81, 2021.
  15. Koosha M. and H. Mirzadeh, Electrospinning, Mechanical Properties, and Cell Behavior Study of Chitosan/PVA Nanofibers, Biomed. Mater. Res. A, 103, 3081-3093, 2015.
  16. Esmizadeh E., Ghasemi N., Ghoreishi M.H.R., and Bakhshandeh G.R., Optimal Parameter Design by Taguchi Method for Mechanical Properties of NBR/PVC Nanocomposites, Polym. J., 20, 2011.
  17. Khoei A., Masters I., and Gethin D., Design Optimisation of Aluminium Recycling Processes Using Taguchi Technique, Mater. Process. Technol., 127, 96-106, 2002.
  18. Al-Refaie A., Al-Durgham L., and Bata N., Optimal Parameter Design by Regression Technique and Grey Relational Analysis, Proceedings of the World Congress on Engineering, London, UK, June 30-July 2, 2010.
  19. Singh H., Taguchi Optimization of Process Parameters: A Review and Case Study, J. Adv. Eng. Res. Sci., 1, 39-41, 2012.
  20. Celep G.K. and Dincer K., Optimization of Parameters for Electrospinning of Polyacrylonitrile Nanofibers by the Taguchi Method, Polym. Process, 32, 508-514, 2017.
  21. Nezadi M., Keshvari H., and Yousefzadeh M., Using Taguchi Design of Experiments for the Optimization of Electrospun Thermoplastic Polyurethane Scaffolds, Nano Res., 10, 59-69, 2021.
  22. Inal M. and G. Mülazımoğlu, Production and Characterization of Bactericidal Wound Dressing Material Based on Gelatin Nanofiber, J. Biol. Macromol., 137, 392-404, 2019.
  23. Li T., Sun M., and Wu S., State-of-the-Art Review of Electrospun Gelatin-Based Nanofiber Dressings for Wound Healing Applications, Nanomaterials, 12, 784, 2022.
  24. Cui C., Sun S., Wu S., Chen S., Ma J., and Zh F., Electrospun Chitosan Nanofibers for Wound Healing Application, Reg., 2, 82-90, 2021.

 

 

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 35، شماره 3 - شماره پیاپی 179
مرداد و شهریور 1401
صفحه 201-214

فایل ها

ارجاعات به این مقاله

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار