توصيفگر ها :
پانسمان هوشمند , حسگر الكتروشيميايي , ساختار پليمر قالب مولكولي , ديابت , گرافن , گلوكز , هيدروژن
چكيده فارسي :
پوست بهعنوان خارجيترين لايه بدن، نخستين سد دفاعي در برابر عوامل آسيبزا محسوب ميشود؛ از اين رو، ترميم زخمهاي پوستي يكي از چالشهاي مهم پزشكي در عصر حاضر به شمار ميرود. در اين ميان، زخمهاي ديابتي بهعنوان شايعترين نوع زخمهاي مزمن، به دليل كاهش ترشح يا عملكرد ناكارآمد انسولين در بدن، فرآيند طبيعي ترميم زخم را مختل ميكنند. پانسمانهاي هوشمند دستهاي از پوششهاي درماني هستند كه علاوه بر تسريع روند ترميم، امكان پايش شرايط زخم را براي پزشك يا بيمار فراهم ميسازند. يكي از شاخصهاي كليدي قابل ارزيابي در طول ترميم زخم، غلظت گلوكز است كه تغييرات آن ميتواند اطلاعات مهمي در خصوص وضعيت زخم ارائه دهد. هدف از اين پژوهش، طراحي و ساخت پانسمان هوشمند دولايه با قابليت تسريع ترميم و پايش همزمان شرايط سطحي زخم در طول زمان است.
در اين راستا، لايه اول پانسمان شامل حسگر الكتروشيميايي غيرآنزيمي براي تشخيص غلظت گلوكز سطح زخم و لايه دوم شامل بستري هيدروژلي جهت تسهيل ترميم زخمهاي ديابتي طراحي شد. به منظور ساخت حسگر، ابتدا زيرلايه گرافني به روش رسوب شيميايي فاز بخار سنتز گرديد. سپس ساختار پليمر قالب مولكولي مبتني بر پليدوپامين با استفاده از پليمره شدن الكتروشيميايي مونومر دوپامين هيدروكلريد در حضور گلوكز و حذف گلوكز با محلول اسيد سولفوريك، بر سطح گرافن شكل گرفت. ويژگيهاي ساختاري و عملكردي الكترود ساختهشده با آزمونهاي طيفسنجي امپدانس الكتروشيميايي، رامان، طيف¬سنجي زير قرمز و آناليزهاي ميكروسكوپي مورد بررسي قرار گرفت. ارزيابي عملكرد حسگري نشان داد كه اين حسگر قادر به تشخيص گلوكز در محدوده غلظت گلوكز10 نانومولار تا 2 ميكرومولار با حد تشخيص 2 نانومولار است. همچنين، انتخابپذيري بالاي حسگر نسبت به گلوكز در مقايسه با مولكولهاي مداخلهگر مانند آلبومين سرم گاوي، فروكتوز، ساكارز و گالاكتوز، تاييد شد. اين حسگر همچنين توانايي تشخيص گلوكز در محدوده فيزيولوژيكي 1 تا 6 ميليمولار در بافر فسفات و نيز در نمونههاي واقعي سرم را با بازيابي بالا نشان داد. در بخش دوم پژوهش، بستر هيدروژلي بر پايه ژلاتين-آگارز-صمغ عربي با غلظتهاي مختلف آگارز (0 تا 4 درصد وزني) طراحي و مورد بررسي قرار گرفت. اثر تغييرات غلظت آگارز بر ويژگيهاي ريختشناسي، مكانيكي، تخريبپذيري، تورم، زيستسازگاري سلولي و خاصيت آنتياكسيداني مورد ارزيابي واقع شد. نمونه حاوي 3 درصد وزني آگارز بهعنوان تركيب بهينه با اندازه ميانگين تخلخل8/79/25 ميكرومتر، مدول كشساني 01 / 18/0 مگاپاسكال، كرنش شكست 13 5/109 درصد و استحكام كششي 01 / 017/0 مگاپاسكال شناخته شد. اين نمونه پس از 14 روز تنها 6 درصد تخريب در محلول بافر فسفات داشت و توانايي جذب آب بالايي برابر با 2/3 3/281 درصد از خود نشان داد. همچنين، بيشترين زندهماني سلولي (5/5 4/108درصد پس از 5 روز) و بالاترين فعاليت آنتياكسيداني (5/1± 2/95درصد طي 48 ساعت) را از خود بروز داد. بررسي رفتار تورم هيدروژل¬ها در برابر تغييرات دما و pH نيز بيانگر حساسيت بالا و قابليت رهايش كنترلشده دارو در محل زخم بود. اين هيدروژل در دماي بحراني 37 درجه سانتيگراد، بيشترين ميزان رهايش دارو (7/3 6/42 درصد) را نشان داد كه ميتواند منجر به بهبود و تسريع فرآيند ترميم زخمهاي ديابتي شود. يافتههاي اين پژوهش نشان داد كه هر يك از اجزاي طراحيشده—حسگر غيرآنزيمي گلوكز و بستر هيدروژلي زيستسازگار—داراي عملكرد مطلوب و ويژگيهاي مناسبي براي كاربرد در پانسمانهاي هوشمند هستند. اين نتايج ميتوانند مبنايي براي توسعه سامانههاي يكپارچه پايش و ترميم زخم در مراحل بعدي تحقيق باشند.
چكيده انگليسي :
As the body's outermost layer, the skin acts as the first line of defense against external threats. Consequently, the healing of skin wounds remains one of the major medical challenges today. Among these, diabetic wounds—classified as the most prevalent type of chronic wounds—disrupt the natural healing process due to impaired insulin secretion or function. Smart dressings, a class of therapeutic coverings, promote wound healing and enable real-time monitoring of wound conditions by patients or healthcare providers. One of the key biomarkers in wound healing is glucose concentration, fluctuations of which can provide valuable insights into wound status. This study aims to develop a dual-functional smart wound dressing capable of simultaneously accelerating healing and monitoring wound surface conditions over time. The first layer comprises a non-enzymatic electrochemical sensor for glucose detection, while the second layer is a hydrogel-based matrix designed to support the healing of diabetic wounds. A graphene substrate was synthesized for sensor fabrication using chemical vapor deposition (CVD). Subsequently, a molecularly imprinted polymer (MIP) based on polydopamine was formed via the electrochemical polymerization of dopamine hydrochloride in the presence of glucose, followed by glucose removal using sulfuric acid. The structural and functional characteristics of the fabricated electrode were assessed using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and microscopic analyses. The sensor demonstrated a wide linear detection range for glucose, from 10 nM to 2 µM, with a detection limit of 2 nM. It also exhibited high selectivity toward glucose in the presence of potential interfering agents such as bovine serum albumin, fructose, sucrose, and galactose. Furthermore, the sensor detected glucose in the physiological range of 1 to 6 mM in phosphate buffer and real serum samples with high recovery rates. In the second part of the study, a hydrogel matrix based on gelatin, agarose, and gum arabic was developed, with varying agarose concentrations (0 to 4 wt%) evaluated. The effects of agarose content on morphology, mechanical properties, degradability, swelling behavior, cellular biocompatibility, and antioxidant activity were systematically investigated. The formulation containing 3 wt% agarose was identified as optimal, showing an average pore size of 25.9 ± 7.8 μm, elastic modulus of 0.18 ± 0.01 MPa, elongation at break of 109.5 ± 13%, and tensile strength of 0.17 ± 0.01 MPa. After 14 days in phosphate buffer, it showed only 6% degradation and a high-water absorption capacity of 281.3 ± 3.2%. This sample also exhibited the highest cell viability (108.4 ± 5.5% after 5 days) and strongest antioxidant activity (95.2 ± 1.5% within 48 hours). Swelling behavior under varying pH and temperature conditions revealed the hydrogel's high sensitivity and potential for controlled drug release at the wound site. At the critical temperature of 37 °C, the hydrogel demonstrated its highest drug release (42.6 ± 3.7%), highlighting its potential for enhancing and accelerating diabetic wound healing. The results of this study indicate that both components—the non-enzymatic glucose sensor and the biocompatible hydrogel matrix—exhibited favorable performance and properties suitable for smart wound dressing applications. These findings lay the groundwork for future development of integrated systems for simultaneous wound monitoring and treatment