توصيفگر ها :
نانوالياف , پليكاپرولاكتون , ژلاتين , ساختار مكس , نانو صفحات مكسين , مهندسي بافت
چكيده فارسي :
نانوالياف به دليل قطر بسيار كم، سطح ويژه بالا و توانايي تقليد از ساختار ماتريس خارجسلولي، به عنوان يكي از مناسبترين داربستها در مهندسي بافت شناخته ميشوند. فرايند الكتروريسي نيز روشي كارآمد براي توليد الياف پيوسته با ساختار كنترلشده است. در اين ميان، پليكاپرولاكتون بهعنوان يك پليمر مصنوعي پايدار و ژلاتين بهعنوان يك تركيب طبيعي زيستفعال، گزينههايي مناسب براي ساخت داربستهاي زيستسازگار هستند. همچنين استفاده از نانوموادي مانند مكسين به دليل ويژگيهايي نظير رسانايي مطلوب، آبدوستي بالا و قابليت بهبود خواص مكانيكي و زيستي، در سالهاي اخير توجه بسياري را به خود جلب كرده است .پژوهش حاضر به بررسي توليد و ارزيابي نانوالياف كامپوزيتي با استفاده از پليكاپرولاكتون (PCL)، ژلاتين و نانوصفحات مكسين براي كاربرد در مهندسي بافت اختصاص دارد. در ابتدا، نانوصفحات مكسين از پيشماده Ti₃AlC₂ به روش زدايش شيميايي (LiF/HCl) سنتز شدند و نتايج FESEM، XRD و HRTEM ساختار لايهايي و چين خورده مكسين رو نشان دادند. سپس سه دسته نانوالياف شامل پليكاپرولاكتون خالص و تركيب آنها با نسبت (30 : 70)، نانوالياف پليكاپرولاكتون حاوي مقادير مختلف مكسين (0، 1 و 2 درصد) و پليكاپرولاكتون/ ژلاتين حاوي مقادير مختلف مكسين (0، 1، 2، 3 و 4 درصد) به روش الكتروريسي توليد شدند و مورد ارزيابي ريزساختاري، مكانيكي، سطحي، تخريبپذيري و ضدباكتري قرار گرفتند. نتايج نشان داد افزودن ژلاتين باعث كاهش زاويه تماس از 122 درجه در پليكاپرولاكتون خالص به حدود 62 درجه در نمونه تركيبي شد و آبدوستي سطح را بهطور قابلتوجهي افزايش داد. در نمونههاي پليكاپرولاكتون/ مكسين ميانگين قطر نانوالياف از 106±18 نانومتر در نمونه خالص به 99±26 نانومتر در نمونه حاوي 1 درصد مكسين كاهش يافت. استحكام كششي پليكاپرولاكتون 16/0 ± 15/6 مگاپاسكال به 33/0 ± 75/13 مگاپاسكال در نمونه 1 درصد مكسين افزايش يافت. ميزان تخريبپذيري 14 روزه در محلول بافر فسفات (PBS) نيز از 79/28 درصد در نمونه خالص به 08/69 درصد در نمونه 1 درصد مكسين رسيد. در نانوالياف سهجزئي، ميانگين قطر از 113±28 نانومتر در نمونه بدون مكسين به 104±27 نانومتر در نمونه 2 درصدي كاهش يافت و در نمونه 4 درصد به دليل تجمع صفحات، ميانگين قطر دوباره افزايش يافت. جذب كامل قطره آب در نمونههاي 2 و 3 درصد به ترتيب پس از حدود 45 و 30 ثانيه رخ داد. استحكام كششي نمونه پايه 31/0 ± 73/7 مگاپاسكال بود كه در نمونه 2 درصد مكسين به 53/0 ± 68/13 مگاپاسكال افزايش يافت. عملكرد ضد باكتري نمونههاي حاوي مكسين در محدوده 85 تا 95 درصد در مقابل دو باكتري گرم منفي و گرم مثبت بودند و با افزايش نانوصفحات مكسين اين راندمان كمي تقويت شد.
چكيده انگليسي :
Electrospun nanofibers, due to their extremely small diameter, high specific surface area, and ability to mimic the extracellular matrix structure, are considered one of the most suitable scaffolds for tissue engineering applications. Electrospinning is also an efficient technique for producing continuous fibers with controlled morphology. Among the available materials, polycaprolactone (PCL), as a stable synthetic polymer, and gelatin, as a bioactive natural component, are appropriate choices for fabricating biocompatible scaffolds. Additionally, the use of nanomaterials such as MXene has recently attracted considerable attention due to properties such as desirable conductivity, high hydrophilicity, and the ability to enhance mechanical and biological characteristics. The present study focuses on the fabrication and evaluation of composite nanofibers based on polycaprolactone (PCL), gelatin, and MXene nanosheets for tissue engineering applications. Initially, MXene nanosheets were synthesized from the Ti₃AlC₂ precursor via chemical etching using the LiF/HCl method, and FESEM, XRD, and HRTEM analyses confirmed the layered and wrinkled morphology of the MXene structure. Subsequently, three categories of nanofibers were produced through electrospinning: pure polycaprolactone fibers and PCL/gelatin blends with a 70:30 ratio; PCL nanofibers containing various MXene concentrations (0, 1, and 2 wt%); and PCL/gelatin nanofibers containing different MXene contents (0, 1, 2, 3, and 4 wt%). The samples were evaluated in terms of microstructure, mechanical behavior, surface properties, degradability, and antibacterial activity.
The results showed that the addition of gelatin reduced the contact angle from 122° in pure PCL to approximately 62° in the blended sample, significantly improving surface hydrophilicity. In PCL/MXene samples, the average fiber diameter decreased from 106±18 nm in pure PCL to 99±26 nm in the sample containing 1 wt% MXene. The tensile strength of polycaprolactone increased from 6/15 ± 0/16 MPa to 13/75 ± 0/33 MPa in the 1 wt% MXene sample. Fourteen-day degradability in phosphate-buffered saline (PBS) increased from 28/79% in pure PCL to 69/08% in the 1 wt% MXene sample. In the ternary PCL/gelatin/MXene nanofibers, the average diameter decreased from 113±28 nm in the MXene-free sample to 104±27 nm in the 2 wt% sample, while at 4 wt% MXene, fiber diameter increased again due to nanosheet agglomeration. Complete absorption of a water droplet occurred after approximately 45 seconds in the 2 wt% sample and after about 30 seconds in the 3 wt% sample. The tensile strength of the base sample (without MXene) was 7/73 ± 0/31 MPa, which increased to 13/68 ± 0/53 MPa in the sample containing 2 wt% MXene. The antibacterial performance of MXene-containing samples ranged from 85% to 95% against both Gram-negative and Gram-positive bacteria, and this efficiency was slightly enhanced with increasing MXene content.